雖然半導體照明非常昂貴，很難進入普通消費者家庭的說法不絕于耳，但半導體白光照明燈要替代白熾燈和日光燈，在外延、芯片和封裝等成本降低上并沒有很大困難，其中關鍵的挑戰(zhàn)在于能否大幅度提升技術水平。半導體照明燈替代白熾燈和日光燈是必然趨勢，其價格一定能降到老百姓能接受的程度。
半導體照明成本在逐漸下降
半導體照明的技術路線眾多，不同技術路線成本不同。就同一種技術路線而言，不同技術水平成本也有明顯差異。即使同一種技術路線、同一種技術水平，各生產(chǎn)廠家采用不同的成本控制方法，其結果也會有較大差別。由于上述問題都給成本預測帶來困難，所以要做半導體照明的有關成本預測，先讓我們對技術方案進行一些假設：
首先，藍光LED激發(fā)熒光粉，其中藍光LED為GaN基多量子阱LED結構。其次，由尺寸為1mm×1mm的芯片封裝成單燈。第三，半導體照明燈由若干個單燈簡單組合而成。第四，每一個單燈均安裝在帶有驅動電源、散熱性能良好的燈支架上，但驅動電源、支架及裝飾部件的成本不計算在固態(tài)照明燈成本之內，即本文僅考慮“燈泡”的成本。第五，芯片發(fā)光效率高低和芯片器件所能承受的功率密度大小基本與成本無關。這一假設顯然有不足之處，但由于提高發(fā)光效率和器件所能承受的功率密度的技術路線太多，很難預測不同路線的真實成本，所以在目前情況下只好如此。不過，這一假設在一定范圍內是成立的。比如，同一家研究單位或企業(yè)提高外延生長、芯片制造和器件封裝水平，往往可以在不明顯增加成本的前提下，通過優(yōu)化工藝技術而顯著提高發(fā)光效率和器件所能承受的電流密度。第六，外延生長、芯片制造和器件封裝均達到比較理想的90%的合格率。
一些國家，已經(jīng)對固態(tài)照明技術的成本做出了一個規(guī)劃，例如，美國固態(tài)照明技術路線圖中就有對成本的目標：
首先，到2007年，光通量為200lm的固態(tài)白光照明燈(效率為75lm/W)，價格降到4美元以下，即光通量相當于20W白熾燈水平的固態(tài)白光照明燈，其單價降到32元人民幣左右。
其次，到2012年，光通量為1000lm的固態(tài)白光照明燈(發(fā)光效率為150lm/W)，價格降到5美元以下，即光通量相當于60W白熾燈水平的固態(tài)白光照明燈，其單價降到40元人民幣左右。
第三，到2020年，光通量為1500lm的固態(tài)白光照明燈(發(fā)光效率為200lm/W)，價格降到3美元以下，即光通量相當于20W日光燈水平的固態(tài)白光照明燈，其單價降到24元人民幣左右。
除了成本規(guī)劃外，目前市場上的情況如何呢？
目前市場上光通量為30lm～50lm的固態(tài)白光單燈(1mm×1mm芯片)，其銷售價格約為20元到28元。但實際成本如何呢？在一片直徑為50mm的藍寶石襯底上，GaN基LED的襯底、外延和芯片成本分別為300元、300元和600元，用此外延材料可制造成1600個大小為1mm×1mm的功率型半導體芯片，每個芯片的成本不到1元。
目前封裝1W半導體白光燈的成本約6元(芯片成本除外)，但批量生產(chǎn)，廠家自己開模，成本控制在1.5元是沒有問題的，所以，只要企業(yè)規(guī)模做上去了，合格率達到預期的目標，1W半導體白光燈成本應在2.5元以內。
提高發(fā)光效率是降低成本關鍵
發(fā)光效率為40lm/W時，1W半導體白光燈成本在2.5元以內，光通量為1500lm的半導體白光照明燈，其成本應控制在93.75元以內。
發(fā)光效率為200lm/W時，1W半導體白光燈成本在2.5元以內，光通量為1500lm的半導體白光照明燈，其成本應控制在18.75元以內。
發(fā)光效率高達200lm/W，同時器件功率密度高達10W/mm2，是美國固態(tài)照明技術路線圖的最高目標。如果這一目標能夠達到，也就是說使用一顆1mm×1mm的GaN基LED芯片，就可封裝成光通量為2000lm的半導體白光燈，它比20W日光燈還亮。此時，比起日光燈，1500lm半導體白光燈的成本更低，其成本主體取決于封裝，其成本有可能變到5元以下。這一目標能否達到，外延材料生長、芯片制造和器件封裝同樣重要。
研究工作表明，半導體照明芯片承受功率密度10W/mm2是沒有問題的，只要散熱條件足夠好，而今后的關鍵問題在于提高外延材料內量子效率，提高芯片出光效率，提高器件封裝效率和散熱特性。 半導體白光照明燈要替代白熾燈和日光燈，在外延、芯片和封裝等成本上并沒有很大困難，不像某些文獻和報告中所說的那么可怕，即使上述預測成本提高一倍也還是比較樂觀的，這里關鍵的挑戰(zhàn)在于能否大幅度提升技術水平。不斷提高外延材料的質量，不斷提高發(fā)光效率，不斷提高器件所能承受的功率密度，解決好器件散熱問題，半導體照明燈替代白熾燈和日光燈是必然趨勢，其價格一定能降到老百姓能接受的程度。近期國內外技術突飛猛進，預示著半導體照明燈進入千家萬戶的時代會提前到來。 |
