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石墨烯、硅衬底、蓝宝石加持下2016LED照明市场将如何发展?

深圳市天晶光学有限公司分析,回顾2015年LED照明行业,市场上有喜有悲,LED企业在“价格战”的激烈竞争中,不断寻求压缩成本价格的技术方法,能否找到既便宜又实惠的材料是行业急需的一项任务,在2015年,石墨烯材料、硅材料、蓝宝石材料成为LED行业人士常挂在嘴边的热点材料,下面由小编带大家看看这三代材料的市场状况,以利于企业窥探2016年新材料发展趋势。


“神奇材料”石墨烯:为LED灯泡节能10%以上,寿命更长


“神奇材料”石墨烯最先在2004年时被从石墨中分离出来,是由单层碳原子层构成的蜂窝状晶格二维原子晶体。


石墨烯大约只有0.34纳米厚--一个单原子的厚度,其特殊的结构形态使其具备目前世界上最硬、最薄的特征,同时也具有很强的韧性、导电性和导热性。


这是一种理想的替代型材料,被认为将在LED照明、光伏、锂电池、航天、军工、LED、触控屏等大量领域带来材料革命。


石墨烯可调光灯泡号称可节省10%的能源,使用寿命也更长,今年稍早,曼彻斯特大学(Manchester University)已发布以石墨烯为基础开发的灯泡,该灯泡是将基于长丝形的发光二极管(LED)涂覆在石墨烯上,而该大学也声称,此可调灯光的LED灯泡可减少10%的耗电量。


石墨烯原材料石墨的市场售价约为3000元/吨,而提炼成石墨烯后,石墨烯的市场售价高达100万元/吨。随着批量化生产和大尺寸难题逐步突破,石墨烯的产业化步伐正在加快,国内外相关机构的科研投入力度也在上升,市场关注度随之升温。


据了解,中国本身就有生产石墨烯的独特优势。统计数据显示,我国石墨矿储量占到世界总储量的75%,生产量约占世界总产量70%。目前,我国石墨烯企业已超过百家,并在常州、无锡、青岛、深圳等地形成产业集群。


据了解,中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室SOI材料课题组在层数可控石墨烯薄膜制备方面取得新进展。课题组设计了Ni/Cu体系,并利用离子注入技术引入碳源,通过精确控制注入碳的剂量,成功实现了对石墨烯层数的调控。与传统的CVD制备石墨烯工艺相比,离子注入技术具有低温掺杂、精确的能量和剂量控制和高均匀性等优点,采用离子注入法制备石墨烯单双层数仅受碳注入剂量的影响,与气体的体积比、衬底厚度以及生长温度无关。此外,离子注入技术与现代LED照明技术相兼容,有助于实现石墨烯作为电子材料在LED照明器件领域真正的应用。


此外,7月16日,清华大学微电子所任天令教授课题组首次揭示了可通过电压调控发光波长的发光器件。不同于传统固定波长的LED,这一新型器件的发光波长(在单一器件内)可以在750nm至450nm之间连续可调,突破了现有显示器件的颜色合成方式,有望对当代显示、照明和通讯技术产生革命性影响。


点评:石墨烯虽然代表了新材料的发展态势,然而市场上对石墨烯的应用还处在实验室阶段,大规模的商用市场仍待挖掘,但资本市场对石墨烯材料的炒作远大于实际的应用,如何推动石墨烯材料的LED产业的应用才是最终目的。


硅衬底材料量产将重塑LED行业战略格局


目前全球40%能量作为电能被消耗,而电能转换最大耗散是LED照明功率器件。曾经的“中流砥柱”Si功率器件已日趋其发展的材料极限,难以满足当今社会发展对于高频、高温、高功率、高能效、耐恶劣环境以及轻便小型化的新需求。以碳化硅(亦称“SiC”)为代表的第三代LED照明材料凭借其优异属性,将成为突破口,正在迅速崛起。


SiC作为一种宽禁带LED照明材料,不但击穿电场强度高、热稳定性好,还具有载流子饱和漂移速度高、热导率高等特点,可以用来制造各种耐高温的高频、高效大功率器件,应用于Si器件难以胜任的场合。


其中,科锐SiC基MOSFET(金属氧化物LED照明场效应管)技术获得显著提升,能够在1700V电压下工作,开关损耗仅为采用传统Si基IGBT(绝缘栅双极型晶体管)的1/6,在实现高性能的同时还能减少配套零部件的物料成本,从而在系统层面显著节约开支,可完全颠覆电源转换领域现有规则,开启更多令人振奋的设计选项。


我国材料企业近年来也从2英寸、3英寸、4英寸到如今的6英寸碳化硅单晶衬底实现了碳化硅单晶衬底自主研发和产业化。


在LEDLED照明照明领域,SiC技术同样发挥了重要影响和引领作用。SiC衬底,有效地解决了衬底材料与GaN的晶格匹配度问题,减少了缺陷和位错,更高的电光转换效率从根本上带来更多的出光和更少的散热。


2015年12月底,“硅衬底高光效GaN基蓝色发光二极管”获得2015年度国家a科学技术奖技术发明一等奖,有产业经济学家表示,在成本持续下降的背景下,硅衬底技术如若能获得资本大力追捧,LED产业格局有望被重塑。


业内人士表示,从国家战略层面讲,硅基氮化镓技术是我国拥有自主知识产权的技术路线,可以构建中国完全自主的LED产业;从产业层面讲,基于硅材料的价格低廉和易于获取、硅基氮化镓技术的优势,利用成熟的集成电路产能,可以推动从设备到芯片、封装等全产业链成本大为下降。“硅基氮化镓技术接下来应该会得到guo jia相关政策的进一步扶持和支持,这对LED整个产业链都将会有巨大的影响,精准极速时时彩计划网页版免费网页版非常期待这些政策的落地。”上述人士如此说。A股中联创光电、雪莱特等上市公司,涉及LED相关业务。


点评:碳化硅物理特性与硅有很大不同,一旦解决工艺问题,碳化硅器件制造流程短,体积重量小、抗氧化寿命长、输出功率高的特点,而且碳化硅材料对电力的能耗极低,在LED照明领域,每年减耗的电能就相当于节约2600万吨标准煤,是一种理想的节能材料,一旦在照明应用上实现突破,未来市场将不可估量。


蓝宝石材料是2015年LED产业中坚力量


据了解,目前蓝宝石应用主要集中在LED衬底、窗口显示材料、军工等方面。其中LED衬底材料占比最大,大概占80%左右,是前一轮蓝宝石供需周期中主要的影响因素。窗口显示材料传统用于手表、镜头等领域,最新Apple与GTAT的协议,打开了蓝宝石应用于显示屏的想象空间。


LED蓝宝石衬底产业位于整个LED产业上游,对于上游原材料和加工辅料的需求量比较少,同时,LED蓝宝石衬底产业也是技术与资金密集型产业,相对中国LED产业中下游环节比较集中的产业分布,上游蓝宝石衬底的项目投资区域范围比较分散,目前,中国蓝宝石产业已形成了由技术高地向成本洼地分散布局的态势。


2015年2月初,美国著名科技杂志公布京瓷Sapphire Shield坚不可摧的手机蓝宝石屏幕被评十大最新技术之一。这个让手机屏幕永不破裂的超坚固的蓝宝石材料让手机远离碎屏的厄运,这让照明行业也一度为之兴奋,一旦蓝宝石材料作为LED灯具衬底将大大提高灯具的坚固性能,在LED与非LED市场需求提升将为蓝宝石产业带来亮丽的表现与前景,据研究机构数据显示,2016年蓝宝石应用市场新增空间近20亿美元,将是LED衬底材料的3倍以上的市场。


点评:前面石墨烯和硅两大材料还处在研发阶段,蓝宝石材料已经在量化生产中,今年苹果的AppleWatch首次使用蓝宝石材料,让蓝宝石材料厂商再度兴奋起来,业内人士看好未来蓝宝石在手机屏幕、照明灯具外壳的市场将逐步提升。然而,前景是美好的,现实却有点骨感,目前我国蓝宝石产业可观的计划产能与滞后的实际产量存在一定的反差,2015年下半年随着石墨烯材料和硅材料的兴起,再加上蓝宝石材料生产过程中仍有部分技术有待突破,市场上对于蓝宝石产业仍持守观望态度。


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