【導(dǎo)讀】“使用藍(lán)色LED的白色LED早晚會消失。”為什么？是藍(lán)色LED本身缺陷明顯，還是其出于對新公司 Soraa主推紫色LED的宣傳？未來藍(lán)色LED是否會退出歷史舞臺？帶著這些疑問，采訪了業(yè)內(nèi)一些專家，對此進(jìn)行一一分析。
“使用藍(lán)色LED的白色LED早晚會消失。”中村修二在7月24日舉行的“GaN掀起能源革命”研討會上發(fā)表演講時(shí)說出的這番言論，震驚業(yè)內(nèi)外。中村修二當(dāng)初因開發(fā)出高效藍(lán)色LED而獲得2014年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，如今竟一舉“推翻”這一成果，是藍(lán)色LED本身缺陷明顯，還是其出于對新公司 Soraa主推紫色LED的宣傳？未來藍(lán)色LED是否會退出歷史舞臺？帶著這些疑問，采訪了業(yè)內(nèi)一些專家，對此進(jìn)行一一分析。
中村言論出于參股公司利益？
LEDs是基于半導(dǎo)體元件的窄帶光源，發(fā)光波長范圍從紅外到紫外。第一個(gè)LEDs的發(fā)光波長為紅外到綠光不等。藍(lán)光LEDs則需要研究高質(zhì)量晶體的生長技術(shù)、寬帶隙半導(dǎo)體的p型摻雜控制技術(shù)，而這些技術(shù)只有在1980s末期在GaN體系上得以實(shí)現(xiàn)。另外，高效藍(lán)光LED的研發(fā)也需要制備出具有不同組成的 GaN基合金，并需要將之集成為異質(zhì)結(jié)和量子阱類的多層結(jié)構(gòu)。
熒光材料受藍(lán)光LED照射激發(fā)，會發(fā)出綠、紅譜段的光，它們與藍(lán)光合并后看起來就是白光。另外，具有不同互補(bǔ)色（紅/綠/藍(lán)）的幾個(gè)LEDs一起用也可以形成白光。以上兩種技術(shù)被用在當(dāng)今的高效電致發(fā)光白光光源中，實(shí)現(xiàn)了顯著的節(jié)能效果。
但中村修二如今指出，一方面，由藍(lán)色LED芯片和黃色熒光體組合而成白色LED，發(fā)光的波長不均衡，并且存在藍(lán)色光的峰值強(qiáng)度較高、容易引起睡眠障礙的問題，即“藍(lán)光問題”。
另一方面，普通的由藍(lán)色LED和熒光材料組成的白色LED不含紫外線。因此，與含有陽光和紫外線的其他光源相比，呈現(xiàn)出的色彩有時(shí)會存在差別。
由此，中村修二宣判“使用藍(lán)色LED的白色LED早晚會消失”，并指出“美國Soraa公司銷售的白色LED是解決對策。”
而據(jù)了解，Soraa是中村作為共同創(chuàng)始人（co-founder）設(shè)立的LED風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)，主要銷售在紫色LED芯片上組合使用紅色（R）、綠色（G）、藍(lán)色（B）熒光體的白色LED。這不禁令人聯(lián)想到，他的這番言論會是出于其參股公司自身利益？
對此，大部分LED行業(yè)專家表示可能性較高。
WhichLEDs從在商言商的角度上看，認(rèn)為中村是有為其參股公司做宣傳的可能。“自己發(fā)明出來的東西被自己看衰，其實(shí)也是挺有趣的。從二戰(zhàn)中傷亡人數(shù)來看，如諾貝爾先生健在，也應(yīng)該非常恨自己發(fā)明了TNT炸藥吧。”
中國照明電器協(xié)會副理事長、南京工業(yè)大學(xué)電光源材料研究所所長王海波同樣表示此并不奇怪，“中村說這段話的背景情況，很自然讓人想到是為了商業(yè)目的。”
“應(yīng)該反過來看，因?yàn)樗吹阶仙獿ED的前景，才會投入這樣一家以紫色LED研發(fā)為主的公司。對于這番言論是否出于公司利益就不得而知了。”中國稀土學(xué)會專家組專家、中國稀土協(xié)會光功能材料分會秘書長、上海市照明學(xué)會理事吳虹建議用逆反思維看待此事。
而江蘇博睿光電有限公司副總經(jīng)理梁超則認(rèn)為中村修二并不是出于公司利益，“作為一名獲得諾貝爾獎(jiǎng)的科學(xué)家，應(yīng)該是具有很高的道德水準(zhǔn)和職業(yè)操守，對于其看衰藍(lán)光LED的觀點(diǎn)，是有理論支撐的，當(dāng)然也具有合理性。”
晶能光電副總裁陳振亦認(rèn)同此觀點(diǎn)，“我相信他做出的判斷應(yīng)該是基于他的理解和出發(fā)點(diǎn)。”
紫色LED優(yōu)勢明顯？
中村修二的言論是否真的出于公司利益，我們無法做出定論，但其現(xiàn)今所推崇的紫色LED是否真的會將藍(lán)色LED取而代之，可客觀分析看看。
吳虹對于紫色LED的發(fā)展前景持以肯定態(tài)度，“紫色光轉(zhuǎn)換白光效率更高，光譜分布均衡，顯色指數(shù)相對較好，對于節(jié)能減排、提高光品質(zhì)有重要的意義。雖然目前受價(jià)格高企影響，還未能普及，但優(yōu)勢明顯。”
具體來看，通過紫色LED得到的白色LED有何優(yōu)勢？
1、顯色指數(shù)高。
這種白色LED是通過紫色LED激發(fā)熒光體來獲得藍(lán)色光，藍(lán)色光的峰值強(qiáng)度不太高。而且，還能輸出可見光波長范圍內(nèi)所有的光，因此顯色指數(shù)比較高，可實(shí)現(xiàn)像太陽光一樣的理想白色。而且它的紅色顯色指數(shù)“R9”尤其高，平均顯色指數(shù)“Ra”也高達(dá)95。
2、發(fā)光效率高。
（1）因?yàn)樽仙獿ED采用GaN基板制造，是在GaN基板上層疊GaN類半導(dǎo)體制作了紫色LED芯片，屬于“GaN on GaN”型LED，GaN類半導(dǎo)體層的結(jié)晶品質(zhì)比較高，所以紫色LED發(fā)光效率高，而且效率的提高速度快。
（2）紫色LED芯片為三角形，普通LED芯片的形狀為四角形，與之相比，三角形LED芯片的發(fā)光層發(fā)出的光線射到芯片外的效率（光提取效率）更高。由于紫色LED的晶體品質(zhì)及光提取效率都很高，因此光輸出除以投入電力所得到的“WPE（wall-plug efficiency，電光轉(zhuǎn)換效率）”可達(dá)到84%。而普通藍(lán)色LED的WPE僅為50～60%。
（3）普通的藍(lán)色LED芯片是在藍(lán)寶石基板上制作的。由于GaN類半導(dǎo)體與藍(lán)寶石的晶格常數(shù)等不同，因此容易出現(xiàn)稱為“位錯(cuò)”的結(jié)晶缺陷。而采用GaN基板幾乎不存在晶格常數(shù)的差異，因此很難出現(xiàn)結(jié)晶缺陷。與采用藍(lán)寶石基板的產(chǎn)品相比，位錯(cuò)密度可降至約1/1000。
（4）紫色LED芯片的另一特點(diǎn)是不易出現(xiàn)“光效下降（droop）”問題。光效下降是為了提高發(fā)光強(qiáng)度而增加驅(qū)動(dòng)電流密度時(shí)，引起的發(fā)光效率下降的現(xiàn)象，也是提高亮度時(shí)存在的一大課題。而GaN on GaN型產(chǎn)品的晶體品質(zhì)較高，與藍(lán)寶石基板型產(chǎn)品相比，不易發(fā)生光效下降問題。因此，與藍(lán)寶石基板型產(chǎn)品相比，GaN基板型產(chǎn)品可使電流密度提高至 5～10倍。
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藍(lán)色LED將被擠出歷史舞臺？
利用紫光或紫外LED激發(fā)RGB三色熒光粉，獲得高顯色白光LED技術(shù)，在當(dāng)前芯片效率已經(jīng)提高到一個(gè)新的量級情況下，獲得業(yè)內(nèi)越來越多的青睞。那么，藍(lán)色LED會否最終退出歷史舞臺？
WhichLEDs表示，紫色加紅綠藍(lán)三基色熒光粉，在傳統(tǒng)熒光燈上已實(shí)現(xiàn)了規(guī)模量產(chǎn)。只是開發(fā)出紫色LED來代替?zhèn)鹘y(tǒng)熒光燈里采用高壓電弧擊穿汞蒸氣形成紫外線的過程，可是紫外LED形成的白光并不具備壓倒性優(yōu)勢。藍(lán)光作為三基色的一種，是形成白光的必要條件，不會退出歷史舞臺。
“藍(lán)光LED產(chǎn)生的白光光源有其弊端也有其優(yōu)點(diǎn)，其中藍(lán)光尖峰和點(diǎn)光源為最突出問題。而目前通過熒光粉技術(shù)可以減少藍(lán)光的強(qiáng)度，提高光源的顯色性，通過配光技術(shù)則可以改善眩光影響”，王海波認(rèn)同紫光的巨大應(yīng)用前景，但亦表示藍(lán)光品質(zhì)還可以被不斷優(yōu)化，“藍(lán)光LED的研究者們，還在不斷的提高光源質(zhì)量，相信藍(lán)光會做得更有市場競爭力”。
分別依仗成本優(yōu)勢和技術(shù)優(yōu)勢，藍(lán)光LED和紫光LED的較量還不算明朗，王海波把兩者關(guān)系比作“液晶電視和等離子電視”，即出于同一目的，采取的不同技術(shù)路徑，真正的競爭結(jié)果目前還不能“妄下結(jié)論”，他表示，“誰能在市場上勝出，就如同高考一樣，取決于自身考試成績，也取決于別人考的好壞，最終還是看兩者比較優(yōu)勢”。
陳振認(rèn)為基于藍(lán)色LED的白光LED仍然是照明的主流，而基于紫色LED的白色LED可以用于高端照明，“一個(gè)產(chǎn)品是否會被代替，技術(shù)原因只是占到很小一部分。產(chǎn)品成本、使用習(xí)慣、主流廠商的選擇都是影響一個(gè)產(chǎn)品市場占有率的重要原因。”
梁超則從全局角度來看，“紫光LED是否真正能夠引領(lǐng)未來市場主流，進(jìn)而逼迫藍(lán)光LED退出市場，至少目前還難以做出清晰的判斷。相關(guān)配套的材料、裝備、產(chǎn)業(yè)鏈的配套水平等等，都影響著行業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。”
白色LED技術(shù)是曇花一現(xiàn)？
有網(wǎng)友認(rèn)為，無論是藍(lán)色LED或是紫色LED產(chǎn)生的白色光源即使非常接近自然光，但是它的眩光和藍(lán)光輻射依舊存在，對人眼并不健康。并且，從色彩還原度和發(fā)光柔和度來看，可能有比LED更為出色的替代光源。那么這種更接近自然光的白色LED技術(shù)是曇花一現(xiàn)還是集大成的發(fā)展趨勢？
WhichLEDs分析道，眩光的產(chǎn)生不是LED特有的，所有具有高亮度的光源都有可能產(chǎn)生眩光，越是高能量的光線對人體的皮膚和眼細(xì)胞破壞越大，所以它不會是LED的一個(gè)弊端，通過合理的燈具設(shè)計(jì)和控制眩光。在未來的白光中控制光譜成分中藍(lán)光的強(qiáng)度可合理控制藍(lán)光輻射問題。
同樣，追溯到紫外LED，可能輻射度更強(qiáng)，這也將是紫外LED推廣的一大難點(diǎn)。目前PHILIPS 推廣的Cirsp White 的COB產(chǎn)品中添加了410nm波長的紫色LED，能激發(fā)出纖維中的熒光劑成分，形成炫白?？墒沁@樣的燈具并不能作為主照明使用，只能作為服裝店或局部攝影棚使用，長期處于那樣的環(huán)境中，會對皮膚產(chǎn)生更大的破壞。
“而在色彩還原性方面，不是LED的強(qiáng)項(xiàng)，不能排斥其他技術(shù)的產(chǎn)生能達(dá)到非常高的色彩還原度和更加柔和的發(fā)光效果。照明的替代具有不同場合，雖然LED不是所有場合的最佳替代，但可能是局部場合的最佳替代，只要做好這部分替代市場即可，畢竟一項(xiàng)技術(shù)不可能滿足所有的需求。”WhichLEDs進(jìn)而分析道。
“就現(xiàn)有的技術(shù)和產(chǎn)品而言，真正能夠?qū)崿F(xiàn)最佳替代的光源一定是LED。”陳振認(rèn)為LED自身優(yōu)勢無可比擬。“色彩還原度和發(fā)光柔和度都是可以調(diào)整的參數(shù)，只要犧牲亮度和成本在這方面都可以做得很好。目前有兩個(gè)技術(shù)對LED的全光源地位有影響，這兩種技術(shù)是OLED和LEP。但是這兩種技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到取代 LED的地位。只能說這兩種技術(shù)在某些細(xì)分領(lǐng)域有優(yōu)勢，可能是LED光源的一個(gè)補(bǔ)充。”
從白熾燈到LED燈，照明的發(fā)展經(jīng)歷了熱輻射光源、氣體放電光源到固態(tài)光源的發(fā)展歷程，每次變革即是人工照明領(lǐng)域的一次革命。王海波表示，“固態(tài)照明領(lǐng)域還將不斷產(chǎn)生新的光源，包括紫外LED、OLED、量子點(diǎn)技術(shù)、激光照明等等，但任何一種光源都是照明技術(shù)發(fā)展的一站，都不會是這種發(fā)展的終結(jié)”。
吳虹亦認(rèn)為，LED在目前來看也確實(shí)不能算作最優(yōu)秀的光源，但LED依舊還有很多潛力優(yōu)勢沒有完全挖掘發(fā)揮出來，至于熱炒的QLED、OLED等光源技術(shù)雖在發(fā)展，但概念炒作明顯，從業(yè)者還是要腳踏實(shí)地，勿瞻前顧后。
“其實(shí)，光源的替代進(jìn)程正在發(fā)生。”梁超坦言。對于白光LED的發(fā)展，他認(rèn)為應(yīng)該首先從普通消費(fèi)大眾的需求來衡量，“目前企業(yè)不斷發(fā)布具有更高的顯色性或更高等級的其他指標(biāo)的產(chǎn)品，往往是出于純粹技術(shù)指標(biāo)上競爭的目的。這些指標(biāo)的不斷提升，是否真的為消費(fèi)者帶來更好的使用體驗(yàn)，也許尚不得知。”
WhichLEDs針對白色LED的發(fā)展趨勢發(fā)表了自己的一些看法。白色LED主要以滿足照明為主，發(fā)展趨勢也可從滿足照明需求的層次來談：1、必須要具有高的效率。高效率可以節(jié)能，全球約有12%的能源花費(fèi)在照明功能上。2、具有高的顯色指數(shù)。高顯色指數(shù)和高色彩飽和度更能具有色彩還原度，能還原出太陽光所照射的顏色。3、具有高的色彩飽和度。未來白光LED會向全光譜光源發(fā)展，當(dāng)然，全光譜不僅僅是LED的努力結(jié)果，還必須要配合不同激發(fā)波長的熒光粉。
結(jié)語：
“科學(xué)絕不是也永遠(yuǎn)不會是一本寫完了的書。每一項(xiàng)重大成就都會帶來新的問題，任何一個(gè)發(fā)展隨著時(shí)間推移都會面臨新的問題，而我們就是要不斷去解決它”，愛因斯坦曾這樣說過科學(xué)，藍(lán)光LED與紫光LED同樣如此，都不會裹足LED的技術(shù)發(fā)展，但一定會成為LED技術(shù)應(yīng)用過程中里程碑式的一筆。
