深圳市天晶光學(xué)有限公司分析，回顧2015年LED照明行業(yè)，市場上有喜有悲，LED企業(yè)在“價格戰(zhàn)”的激烈競爭中，不斷尋求壓縮成本價格的技術(shù)方法，能否找到既便宜又實(shí)惠的材料是行業(yè)急需的一項(xiàng)任務(wù)，在2015年，石墨烯材料、硅材料、藍(lán)寶石材料成為LED行業(yè)人士常掛在嘴邊的熱點(diǎn)材料，下面由小編帶大家看看這三代材料的市場狀況，以利于企業(yè)窺探2016年新材料發(fā)展趨勢。
“神奇材料”石墨烯：為LED燈泡節(jié)能10%以上，壽命更長
“神奇材料”石墨烯最先在2004年時被從石墨中分離出來，是由單層碳原子層構(gòu)成的蜂窩狀晶格二維原子晶體。
石墨烯大約只有0.34納米厚--一個單原子的厚度，其特殊的結(jié)構(gòu)形態(tài)使其具備目前世界上最硬、最薄的特征，同時也具有很強(qiáng)的韌性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。
這是一種理想的替代型材料，被認(rèn)為將在LED照明、光伏、鋰電池、航天、軍工、LED、觸控屏等大量領(lǐng)域帶來材料革命。
石墨烯可調(diào)光燈泡號稱可節(jié)省10%的能源，使用壽命也更長，今年稍早，曼徹斯特大學(xué)(Manchester University)已發(fā)布以石墨烯為基礎(chǔ)開發(fā)的燈泡，該燈泡是將基于長絲形的發(fā)光二極管(LED)涂覆在石墨烯上，而該大學(xué)也聲稱，此可調(diào)燈光的LED燈泡可減少10%的耗電量。
石墨烯原材料石墨的市場售價約為3000元/噸，而提煉成石墨烯后，石墨烯的市場售價高達(dá)100萬元/噸。隨著批量化生產(chǎn)和大尺寸難題逐步突破，石墨烯的產(chǎn)業(yè)化步伐正在加快，國內(nèi)外相關(guān)機(jī)構(gòu)的科研投入力度也在上升，市場關(guān)注度隨之升溫。
據(jù)了解，中國本身就有生產(chǎn)石墨烯的獨(dú)特優(yōu)勢。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國石墨礦儲量占到世界總儲量的75％，生產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量70％。目前，我國石墨烯企業(yè)已超過百家，并在常州、無錫、青島、深圳等地形成產(chǎn)業(yè)集群。
據(jù)了解，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所信息功能材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室SOI材料課題組在層數(shù)可控石墨烯薄膜制備方面取得新進(jìn)展。課題組設(shè)計(jì)了Ni/Cu體系，并利用離子注入技術(shù)引入碳源，通過精確控制注入碳的劑量，成功實(shí)現(xiàn)了對石墨烯層數(shù)的調(diào)控。與傳統(tǒng)的CVD制備石墨烯工藝相比，離子注入技術(shù)具有低溫?fù)诫s、精確的能量和劑量控制和高均勻性等優(yōu)點(diǎn)，采用離子注入法制備石墨烯單雙層數(shù)僅受碳注入劑量的影響，與氣體的體積比、襯底厚度以及生長溫度無關(guān)。此外，離子注入技術(shù)與現(xiàn)代LED照明技術(shù)相兼容，有助于實(shí)現(xiàn)石墨烯作為電子材料在LED照明器件領(lǐng)域真正的應(yīng)用。
此外，7月16日，清華大學(xué)微電子所任天令教授課題組首次揭示了可通過電壓調(diào)控發(fā)光波長的發(fā)光器件。不同于傳統(tǒng)固定波長的LED，這一新型器件的發(fā)光波長(在單一器件內(nèi))可以在750nm至450nm之間連續(xù)可調(diào)，突破了現(xiàn)有顯示器件的顏色合成方式，有望對當(dāng)代顯示、照明和通訊技術(shù)產(chǎn)生革命性影響。
點(diǎn)評：石墨烯雖然代表了新材料的發(fā)展態(tài)勢，然而市場上對石墨烯的應(yīng)用還處在實(shí)驗(yàn)室階段，大規(guī)模的商用市場仍待挖掘，但資本市場對石墨烯材料的炒作遠(yuǎn)大于實(shí)際的應(yīng)用，如何推動石墨烯材料的LED產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用才是最終目的。
硅襯底材料量產(chǎn)將重塑LED行業(yè)戰(zhàn)略格局
目前全球40%能量作為電能被消耗，而電能轉(zhuǎn)換最大耗散是LED照明功率器件。曾經(jīng)的“中流砥柱”Si功率器件已日趨其發(fā)展的材料極限，難以滿足當(dāng)今社會發(fā)展對于高頻、高溫、高功率、高能效、耐惡劣環(huán)境以及輕便小型化的新需求。以碳化硅（亦稱“SiC”）為代表的第三代LED照明材料憑借其優(yōu)異屬性，將成為突破口，正在迅速崛起。
SiC作為一種寬禁帶LED照明材料，不但擊穿電場強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性好，還具有載流子飽和漂移速度高、熱導(dǎo)率高等特點(diǎn)，可以用來制造各種耐高溫的高頻、高效大功率器件，應(yīng)用于Si器件難以勝任的場合。
其中，科銳SiC基MOSFET（金屬氧化物L(fēng)ED照明場效應(yīng)管）技術(shù)獲得顯著提升，能夠在1700V電壓下工作，開關(guān)損耗僅為采用傳統(tǒng)Si基IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）的1/6，在實(shí)現(xiàn)高性能的同時還能減少配套零部件的物料成本，從而在系統(tǒng)層面顯著節(jié)約開支，可完全顛覆電源轉(zhuǎn)換領(lǐng)域現(xiàn)有規(guī)則，開啟更多令人振奮的設(shè)計(jì)選項(xiàng)。
我國材料企業(yè)近年來也從2英寸、3英寸、4英寸到如今的6英寸碳化硅單晶襯底實(shí)現(xiàn)了碳化硅單晶襯底自主研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。
在LEDLED照明照明領(lǐng)域，SiC技術(shù)同樣發(fā)揮了重要影響和引領(lǐng)作用。SiC襯底，有效地解決了襯底材料與GaN的晶格匹配度問題，減少了缺陷和位錯，更高的電光轉(zhuǎn)換效率從根本上帶來更多的出光和更少的散熱。
2015年12月底，“硅襯底高光效GaN基藍(lán)色發(fā)光二極管”獲得2015年度國家a科學(xué)技術(shù)獎技術(shù)發(fā)明一等獎，有產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)家表示，在成本持續(xù)下降的背景下，硅襯底技術(shù)如若能獲得資本大力追捧，LED產(chǎn)業(yè)格局有望被重塑。
業(yè)內(nèi)人士表示，從國家戰(zhàn)略層面講，硅基氮化鎵技術(shù)是我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)路線，可以構(gòu)建中國完全自主的LED產(chǎn)業(yè)；從產(chǎn)業(yè)層面講，基于硅材料的價格低廉和易于獲取、硅基氮化鎵技術(shù)的優(yōu)勢，利用成熟的集成電路產(chǎn)能，可以推動從設(shè)備到芯片、封裝等全產(chǎn)業(yè)鏈成本大為下降。“硅基氮化鎵技術(shù)接下來應(yīng)該會得到guo jia相關(guān)政策的進(jìn)一步扶持和支持，這對LED整個產(chǎn)業(yè)鏈都將會有巨大的影響，我們非常期待這些政策的落地。”上述人士如此說。A股中聯(lián)創(chuàng)光電、雪萊特等上市公司，涉及LED相關(guān)業(yè)務(wù)。
點(diǎn)評：碳化硅物理特性與硅有很大不同，一旦解決工藝問題，碳化硅器件制造流程短，體積重量小、抗氧化壽命長、輸出功率高的特點(diǎn)，而且碳化硅材料對電力的能耗極低，在LED照明領(lǐng)域，每年減耗的電能就相當(dāng)于節(jié)約2600萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，是一種理想的節(jié)能材料，一旦在照明應(yīng)用上實(shí)現(xiàn)突破，未來市場將不可估量。
藍(lán)寶石材料是2015年LED產(chǎn)業(yè)中堅(jiān)力量
據(jù)了解，目前藍(lán)寶石應(yīng)用主要集中在LED襯底、窗口顯示材料、軍工等方面。其中LED襯底材料占比最大，大概占80%左右，是前一輪藍(lán)寶石供需周期中主要的影響因素。窗口顯示材料傳統(tǒng)用于手表、鏡頭等領(lǐng)域，最新Apple與GTAT的協(xié)議，打開了藍(lán)寶石應(yīng)用于顯示屏的想象空間。
LED藍(lán)寶石襯底產(chǎn)業(yè)位于整個LED產(chǎn)業(yè)上游，對于上游原材料和加工輔料的需求量比較少，同時，LED藍(lán)寶石襯底產(chǎn)業(yè)也是技術(shù)與資金密集型產(chǎn)業(yè)，相對中國LED產(chǎn)業(yè)中下游環(huán)節(jié)比較集中的產(chǎn)業(yè)分布，上游藍(lán)寶石襯底的項(xiàng)目投資區(qū)域范圍比較分散，目前，中國藍(lán)寶石產(chǎn)業(yè)已形成了由技術(shù)高地向成本洼地分散布局的態(tài)勢。
2015年2月初，美國著名科技雜志公布京瓷Sapphire Shield堅(jiān)不可摧的手機(jī)藍(lán)寶石屏幕被評十大最新技術(shù)之一。這個讓手機(jī)屏幕永不破裂的超堅(jiān)固的藍(lán)寶石材料讓手機(jī)遠(yuǎn)離碎屏的厄運(yùn)，這讓照明行業(yè)也一度為之興奮，一旦藍(lán)寶石材料作為LED燈具襯底將大大提高燈具的堅(jiān)固性能，在LED與非LED市場需求提升將為藍(lán)寶石產(chǎn)業(yè)帶來亮麗的表現(xiàn)與前景，據(jù)研究機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)顯示，2016年藍(lán)寶石應(yīng)用市場新增空間近20億美元，將是LED襯底材料的3倍以上的市場。
點(diǎn)評：前面石墨烯和硅兩大材料還處在研發(fā)階段，藍(lán)寶石材料已經(jīng)在量化生產(chǎn)中，今年蘋果的AppleWatch首次使用藍(lán)寶石材料，讓藍(lán)寶石材料廠商再度興奮起來，業(yè)內(nèi)人士看好未來藍(lán)寶石在手機(jī)屏幕、照明燈具外殼的市場將逐步提升。然而，前景是美好的，現(xiàn)實(shí)卻有點(diǎn)骨感，目前我國藍(lán)寶石產(chǎn)業(yè)可觀的計(jì)劃產(chǎn)能與滯后的實(shí)際產(chǎn)量存在一定的反差，2015年下半年隨著石墨烯材料和硅材料的興起，再加上藍(lán)寶石材料生產(chǎn)過程中仍有部分技術(shù)有待突破，市場上對于藍(lán)寶石產(chǎn)業(yè)仍持守觀望態(tài)度。
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