LED技术路在何方?实用性人才培养是关键
发布日期:2018-12-05        



 

LED自问世以来,以其能耗低、体积小、寿命长、无污染、响应快、驱动电压低、抗震性强、色彩纯度高等优点,迅速在照明市场得以推广,被誉为新一代照明光源及绿色光源。而近年来通用照明市场渐趋饱和,在通用照明之外,LED还有哪些出路?

 

百花齐放的LED市场

 

LED刚问世的时候,由于功率不够、颜色不足,只在告示牌、交通灯等场景有所应用。随着技术进步,LED在背光显示上的应用使得LED显示的市场呈现爆发式增长,白光LED的出现也打开了通用照明市场。经过多年耕耘发展,这些领域趋向饱和,汽车照明、闪光灯、医疗等特殊照明也逐渐走进大众视野,成为LED领域的新方向,LED照明市场呈现出百花齐放的局面。

 

 

香港科技大学深圳研究院教授李世玮

 

除了照明以外,LED在许多非照明领域也大有可为。在11月13日举办的“OFweek(第十五届)中国LED照明产业发展高峰论坛”上,香港科技大学深圳研究院李世玮教授介绍了LED在非照明领域的技术趋势。李世玮教授认为,与人类视觉无关的应用领域都属于非照明应用。包括植物照明、可见光通讯(VLC)及不可见波段的应用等。其中,植物照明除了农业和园艺应用外,还可扩展到畜牧业、水产业等。而VLC技术则凭借安全、经济、保密等特性,可在一定程度上与WIFI形成互补,也可与照明应用相结合,拓展到其他应用场景,如环境监测等。

 

对非照明应用而言,不可见光的前景和应用范围无疑更为广阔。那么红外LED、紫外LED又有哪些应用呢?

 

IR/UVLED的应用

 

据李世玮教授介绍,IR/UVLED的应用早已存在,但其市场化仍处在初步探索阶段,仍是一个蓝海市场,距离大规模量产、距离行业爆发的拐点还早得很,在技术方面也有很大的提升空间。

 

他认为,目前的IRLED大部分用于军队及其他特殊领域,但未来将推广到民间。而IRLED的未来将锁定在便携式产品上,可用于夜间视觉、瞳孔识别、心跳检测、化妆美容及生物医药等方面。相比之下,UVLED则更多将用在工业领域,从市场规模而言将比IRLED大得多。

 

紫外光的波长范围是200nm-400nm,而这些不同波长的紫外光应用场景也各不相同,因此又分为UVA(320nm-400nm)、UVB(280nm-320nm)和UVC(200nm-280nm)三类。UVA主要用于高分子固化,例如印刷的墨水速干、指甲油秒干、3D打印的快速固化等。UVB则主要应用在生物医疗方面,例如皮肤病治疗等。而UVC则主要用于气体、流体的消毒。

 

 

科研现状及研发难点

 

在LED的科研方面,国内外高校、研究所侧重点不同。国际的研究方向偏重于新材料,国内则更侧重于LED封装。对于国内LED的发展,李世玮教授认为最关键的是心态问题。从材料开发,到封装结构,到制程优化,是一个漫长的研究、不断投入的过程,并非朝夕可就。做研究必须先找准位置,沉下心来,慢慢前进。

 

LED从可见光波段向不可见波段发展,并不仅仅是换一个芯片的事情。以UVLED为例,与可见光LED相比,UVLED的研发有三大难题,分别是外延生长设备、芯片材料、LED封装。UVLED对MOCVD的均匀性、温度承受等有更高的要求,可见光LED的外延生长条件并不适用。以往的蓝光LED采用氮化镓或铟镓氮做基底,而UVLED则需要采用铝镓氮做基底,二者的晶格缺陷、适配情况均不相同,需要重新进行研究。而封装体系也与传统的封装大不相同,也需要重新研究开发。

 

目前,李世玮教授的课题组已实现了UVALED封装材料与结构的开发。他介绍说,以往的观念认为银是最好的反射层材料,但对紫外波段而言,铝比银的效果好得多。铝对不同波长的反射率相对恒定,经过热老化处理后依然稳定,而银的反射率则会随波长变化而变化,经热老化处理后也无法保持稳定。为保证工业设计上的稳定,他的课题组选择银做反射层,取得良好的效果。此外,280nm以下的UVC,其封装形式基本上都是金属或者陶瓷,不仅价格较为昂贵,体积也较大。而如何用塑料封装来取代传统封装,是一个值得研究的方向。

 

需要科学家,更需要工程师

 

目前我国的光电人才紧缺,市场需求旺盛,而各高校则承载着培养人才的重任。李世玮教授认为,当前的光电行业大量缺乏技术类的人才,高校在培养人才方面应该注重让学生“学以致用”。现在不少学生学完就丢,考完就忘,这跟学校与产业的脱节不无关系。为此,李教授介绍了香港科技大学的理念。

 

港科大也非常重视与企业合作,产研结合。港科大提倡教授多参与产业项目,例如与华为、洲明科技、瑞丰光电等企业合作,一方面为企业提供支持,一方面也借助企业增进学生对产业的了解,让学生在毕业之后能更快融入企业的梯队里。在教授招聘方面,也更倾向于聘用有几年行业经验的教授,这样的教授不论是平时教学,还是指导学生,都能传递一些产业内的相关知识,这对学生培养和产业发展都有好处。当然学校也有专门做高精尖的团队,这些团队的目标在科研,对工学院来说,则更注重学以致用。

 

此外,港科大的很多学科布局并不是朝着精深的方向,而是往广博的方向布局。大量交叉学科的设立,除了教学生专业领域的知识外,还能拓展到周边的相关领域。港科大的博士论文答辩里有一项评估指标,除了论文涉及的内容外,对同一个大的领域下涉及的其他相关领域是否足够了解。

 

 

香港科技大学深圳研究院

 

李世玮教授总结说:“在纯科研领域需要非常专一、非常深厚的专业积累,这部分属于创造知识的、在金字塔顶层的人。但这只能是一小部分人,一小部分极度聪明、天赋极高的人而金字塔中下层的人比例比塔尖高得多,他们要做的是把知识转移和应用。对这部分人而言,掌握基础专业知识之后,就应该往广博、能解决问题的方向去发展。”

 

LED照明路在何方

 

在过去的十年中,LED的基本思路是置换,只是把传统的光源置换成LED的光源,这使得LED的很多特性没有体现出来。未来随着建筑设计的升级,将会有越来越多的专门按照LED尺寸规格来设计的光源出现,隐藏式的,或平板灯式的,而不再是传统灯座的设计。

 

LED有体积小、耗电小、反应灵敏的特点,这些特点还有着许多待开发的应用场景,这方面的市场空间非常宽广。尽管目前置换市场还很大,但利润空间已经很低,也很难提高产品的附加值。对LED行业的从业者而言,应该尽量发挥想象力,结合LED的特性去开发新的应用场景,去寻找能体现LED优点的刀口,打开LED的下一扇应用大门。


来源:OFweek半导体照明网
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