10月7號公布的諾貝爾官方網站消息,赤崎勇、天野浩和中村修二因發明“高亮度藍色發光二極管”獲得2014年諾貝爾物理學獎。
發光二極管,也就是我們常說的LED。對于LED燈具,我們現在都已經習以為常。但是LED的出現,卻在巨大地改變著我們的生活。諾貝爾獎評選委員會在聲明中說“高亮度藍色發光二極管”帶來明亮、節能的白色光源。
僅僅明亮和節能并不能全部說出這項發明的意義。接下來我們要通過一段錄音幫助您更好的認識LED。
高亮度藍色發光二極管的出現,使得20世紀90年代中期,出現了超過人類身高的超大屏幕全彩顯示器,2000年前后又為手機屏幕彩色化做出貢獻,藍色發光二極管技術還成為了開發藍色激光器的基礎,及時優化使得錄制高清節目的藍光成為現實,藍色LED通過與紅色和綠色LED組合,就可以制造出這種顏色,接踵而二來的便是促生出取代白熾燈和熒光燈的新一代節能照明巨大市場。
全球的電能消耗中有2到3成用于照明,而新的LED燈具,耗電量只有普通燈泡的十分之一,而壽命卻是傳統燈具的10倍甚至是百倍,所以,藍光LED的發明所帶來的LED技術的大發展,給全世界節省了大量的資源,也極大地減少了材料的消耗。同時,LED的發展,也給相關的技術提供了新的發展空間。
藍光LED的問世,不是一夕之間的成果。發光二極管的歷史最早可以追溯到上世紀60年代,到了上世紀70年代,人們就能制造出紅、橙、黃、綠、翠綠等多種顏色的LED,但直到1993年,人們才看到了發藍光的LED。這是眾多科學技術逐步成熟的煥發出的光彩。
筆者采訪了中科院蘇州納米所所長楊輝,他介紹,藍光LED研發取得突破的關鍵,是科學家們找到了氮化鎵這種具有較大禁帶寬度的半導體,它是微波功率晶體管的優良材料。
筆者:為什么藍光LED的發明要遠遠晚于其他顏色LED呢?
楊輝:藍光LED用的材料非常特殊,它自然界沒有,而且合成非常困難,其實這種材料叫氮化鎵,它是在1932年就發現了。到了六十年代,隨著紅光的砷化鎵等材料做的激光器的發展大家也開始研究,因為難度非常大,七十年代八十年代其實都很冷,但是日本人就比較堅持,它到了1989年,發現了大面積制備高質量材料的方法,偶然發現了P型材料,因為這兩個是一個核心問題,一個是材料質量,一個是P型摻雜,他們偶然發現了P型摻雜,他用電子顯微鏡來看的時候,發現實現了P型,他們給起了好的名字低能電子輻照摻雜實現了P型材料問題的解決,后來中村修二他發明了更好的,更商業化的大面積制備的方法,和P型摻雜的方法,它解決了一個科學問題,使這個LED迅速發展起來。
筆者:藍光LED所帶來的LED材料的大發展,會給整個的社會生活、工業制造還有科學研究會帶來怎樣的變革呢?
楊紅:氮化鎵材料可以稱為第三代半導體材料,寬禁帶材料,所以它帶來的變化非常大,氮化鎵LED是把過去燈泡、燈管等等的這種真空的器件變成固體的半導體,那么它的壽命、可靠性等等都大幅度的提高,氮化鎵還有很強的導電性能,它做的大功率的器件,將來在電的控制、微波器件等等現在很多地用的電動車,雷達用這種材料都可以大幅度提高它的性能。
因高亮度、低熱量、長壽命、無毒、可回收再利用等優點,LED被稱為是21世紀最有發展前景的綠色照明光源,目前已經形成一個龐大的產業。在這項產業前進的路上,我們不斷看到智慧的火花,也看到了資本的角逐。國際LED照明巨頭飛利浦、東芝已領先業界成功開發出800流明LED球泡燈,并且正在積極研發1000流明以上LED球泡燈。此外,高電壓LED主要瞄準室內照明,有利于簡化LED與電源轉換器的設計。加上不會出現交流電方案的故障弊病,以及制造成本低和生產容易性,將成為最容易達成高性價比LED燈泡的方案,成為LED芯片商群起爭奪的市場。我國政府層面在推廣這項綠色照明技術方面也給非常給力。由財政部聯合國家發改委、科技部實施的“半導體照明產品財政補貼推廣項目”,剛完成公開招標。這是繼去年之后,國內發布的第二輪補貼項目招標。據有關機構預測顯示,受惠于政府扶持與價格下降,今年中國LED室內照明產值將達到306億元,同比增長64%;2015年將達到993億元,未來4年室內照明產值規模復合增長率超過50%,達到52%。
我國的LED產業起步于20世紀七十年代,經過近四十年的發展,現在已經形成上海、大連、南昌、廈門、深圳、揚州和石家莊七個國家半導體照明工程產業化基地,產品廣泛應用于景觀照明和普通照明領域。2008年北京奧運會開幕式上神奇的畫絹彩屏出自于中國金立翔科技有限公司,2009年國慶六十周年閱兵式,天安門廣場上的巨幅彩屏出自于中國利亞德電子科技有限公司,2010年上海世博會開幕式上一萬平方米的半導體發光二極管大屏幕出自于中國銳拓顯示科技有限公司。
但是在這項光明產業的道路上,也有陰影籠罩在前方。目前,全球LED領域的技術和專利,一半以上被美、日、德等發達國家的少數大公司所占有。這些專利多數為核心技術專利,國內企業尤其是中小企業很難尋找到突破口。此外,這些跨國企業已在全球,尤其是中國,精心部署了專利網,猶如頭懸一柄達摩克利斯之劍。我國LED產業要想取得長遠發展,必須突破這些專利的層層包圍。
據了解,目前LED電源競爭十分激烈,尤其是室內照明。目前球泡燈價格低至十多元,利潤只有兩三元,而電源的利潤率僅有百分之十幾。戶外照明利潤雖然較高,但是市場空間有限,單一的戶外LED照明業務并不能締造一家公司數十億甚至數百億元的產值。
早在2012年,國務院就發布了《工業轉型升級規劃(2011-2015年)》,這成為未來五年我國工業發展方式轉變方向的指南。
在各個行業都在尋求新產業轉型的時候,LED行業也不例外。近年來投資于新興產業的LED企業上市公司當中如三安光電和乾照光電持續投資于光伏領域,意欲成為最大的聚光光伏生產基地;東山精密在大力發展LED業務的同時,也將矛頭指向了光伏,當光伏投資失敗后,又鎖定了觸摸面板產業;同樣的還有茂碩電源投資機器人領域、聚飛科技發展光學膜業務等。
LED上市公司謀劃新產業的背后,是LED產業產值小、競爭激烈、利潤低下的體現。不過,新興產業道路并不好走,企業不僅要有資金儲備,更要有技術、市場甚至經營等儲備。
作為新一代的節能照明,目前市場儼然已經是LED照明的天下。大企業做自己的品牌占領市場,行業洗牌加速,市場逐漸理性化、規范化、穩定化。有人說白熾燈照亮了20世紀,那么21世紀將是被LED燈照亮的。