成本下降給力 LED燈泡廉價時代即將到來

成本一直是一個主要障礙,妨礙著人們購買高能效LED燈泡。現在,世界上最大的一家LED製造商歐司朗光電半導體公司(Osram Opto Semiconductors)表示,它已經完善技術,能顯著降低LED的生產成本。

白色LED的製備,通常需要給藍色氮化鎵LED塗上黃色螢光粉。製造商通常會培育薄層氮化鎵,是在昂貴的藍寶石基質上進行。相反,歐司朗製備這種設備是在矽基板上進行。矽基板的成本是藍寶石的三分之一多,甚至可以更便宜,因為可以製成更大的片材。

這家公司表示,它的矽基白色LED每瓦功率可產生127流明,電源效率為58%,可比藍寶石上培育的最先進的商用LED。彼得·斯塔斯(Peter Stauss),是歐司朗的項目經理,他說,研究人員正在測試和優化這種設備,期望在未來兩到三年開始銷售它們。

歐司朗聯合其他幾家公司,力爭把更便宜的矽基鎵氮化發光二極體推向市場。中國晶能光電公司(Lattice Power)聲稱,已經開始商業化生產,使用的是相同的技術。上個月,加州(California)新創公司普瑞公司(Bridgelux)宣佈,已經與東芝合作,製備矽基發光二極體。與此同時,英國的普萊塞半導體公司(Plessey Semiconductors)計畫在年底生產矽基氮化鎵發光二極體,採用的技術來自劍橋大學(Cambridge University)校辦企業凱姆加恩公司(CamGaN)。飛利浦和三星也表示,要致力於矽工藝。

歐司朗沒有說,它的新型LED會便宜多少,但普瑞公司和普萊塞公司都聲,這種矽工藝可以降低LED生產成本75%以上。普瑞公司還預測,它的工藝可以降低75瓦的同種LED燈泡的成本,現在賣到40美元,可降低到5美元以下。

與藍寶石相比,製備大直徑矽片更容易,也更便宜,這就可以削減成本。另一個吸引人的理由是,轉向矽可以利用現有的機器,這些機器原先用來製作矽電腦晶片。普瑞公司已經演示了一些設備,就是在20釐米寬的矽片上培育的。

矽上培育氮化鎵的挑戰是,這兩種材料擴大和收縮的速度不同。發光二極體是在高溫下製備,材料冷卻時,發光的氮化鎵層就會裂開,這是因為與下面的矽的張力。為了解決這個問題,歐司朗和其他公司就培育另外的材料薄膜,如氮化鋁鎵,就圍繞著氮化鎵,這就可以平衡冷卻過程中產生的張力。

雖然許多LED廠商都選擇矽,但是,加利福尼亞州的新創公司掃拉公司(Soraa)卻在使用氮化鎵基板。這也減輕了兩層晶體結構之間的不匹配,掃拉公司首席技術官邁克爾•克拉梅斯(Michael Krames)說,產生的材料缺陷減少了1000倍,這是對比矽片上培育的材料而言。產生的LED比採用矽基板更昂貴,但是,它們也增亮10倍,這有助於彌補額外的費用。 “真是LED性能驅動[燈泡的總成本,”克拉梅斯說。“此外,這種基板是整體生產成本的一小部分。”

現在,雖然斯塔說,矽基板的成本優勢更有利於廠商,勝過LED。“氮化鎵基板可能是一個選擇,只要它們便宜得多,但是,今天有沒有真正的機會使用它們,”他說。

史蒂夫•登巴斯(Steve Denbaars)是加州大學聖巴巴拉分校(University of California, Santa Barbara)材料和電氣和電腦工程教授,也是掃拉公司創始人之一,他認為,氮化鎵和矽基板都有一個公平的機會,可以取代藍寶石。而氮化鎵也會有性能優勢,他說,“矽有機會將擊敗藍寶石,僅僅因為有很多矽製造設施,安裝在世界各地。”

採用矽片更便宜:歐司朗已在15釐米長的矽晶片上培育氮化鎵,製成高性能白色LED。
 

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