Обзор.5.2. "Исследования и разработки светодиодов в мире и в России в последние годы" А.Э. Юнович

"Исследования и разработки светодиодов в мире и в России в последние годы" А.Э. Юнович 3-я школа «Метрология и стандартизация в нанотехнологиях и наноиндустрии», Институт проблем химической физики РАН, Черноголовка, 28.05.2010

Презентация часть 1 (Презентация PowerPoint 5.27 Мб)

Светодиодная промышленность во всем мире стала в последние годы одним из самых быстро развивающихся секторов экономики. Каждые полгода параметры СД и светотехнических устройств на их основе становятся на новый количественный уровень по световой отдаче, мощности излучения и световому потоку, цветовым характеристикам. Качественное изменение развития светодиодного освещения будет в 2011-2015 гг.

Рынок мощных СД будет расти на 15% в год. Производство кристаллов со структурами InGaN/AlGaN/GaN для мощных СД увеличится от 35 млрд. шт. в 2009 г. до 160 млрд. шт. в 2014 г. Рынок мощных СД для освещения достигнет 1 млрд $ к 2012 г. В 2020 г. – от 2 млрд. $ (худший вариант) до 6.5 млрд. $ (лучший вариант).

Перспективы улучшения параметров светодиодов (DOE, март 2010 г. )

 

2009

2010

2012

2015

Световая отдача («теплый») (КЦТ=2800-3500K, CRI >=85) Лм/Вт

83

97

114

138

Цена (2800-3500K; 350 mA) $/Клм

46

25

11

4

Световая отдача («холодный») (4100-6500K, 70-80 CRI) Лм/Вт

132

147

164

188

Цена (4100-6500K; 350 mA) $/Клм

25

13

6

2

Цена ламп (от производителя) $/Клм

130

101

61

28

Презентация часть 2 (Презентация PowerPoint 8.51 Мб)

Ситуация в Китае:

  • 300 компаний делают светодиодные источники света, частично с серийным производством; часть из них сертифицирована для американского рынка.

  • 100 компаний делают светодиоды;

  • 3 компании имеют эпитаксиальное оборудование и производят исходные структуры и чипы;

  • в 1-й компании – 8 эпитаксиальных установок;

    Принципиально решенные задачи

  • Создано оборудование для массового производства структур, чипов, светодиодов.

  • Разработана технология роста гетеростуктур с квантовыми ямами типа InGaN/AlGaN/GaN на подложках из сапфира и SiC с внутренним квантовым выходом излучения до 80%.

  • Разработаны методы увеличения оптического вывода излучения из кристалла СД.

  • Разработаны эффективные люминофоры для создания «холодного», «нейтрального» и «теплого» белого свечения.

  • Рекордные значения световой отдачи (при токе 350 мА):

    • 209 лм/Вт в лабораториях,
    • 100-110 лм/Вт в лучших промышленных,
    • 60-80 лм/Вт в массовых коммерческих партиях.

Основные направления исследований и разработок светодиодов

  • Совершенствование технологии роста гетероструктур InGaN/AlGaN/GaN для большей однородности и большего выхода годных приборов.
  • Уменьшение падения эффективности при больших плотностях тока.
  • Улучшение световой отдачи и цветовых характеристик белых СД.
  • Уменьшение теплового сопротивления и отвода тепла от СД.
  • Исследование восприятия светодиодного освещения человеческим зрением.
  • Автоматизация производства светодиодов и светодиодных ламп.

Экономические цели в США

  • До 2020 г. увеличить световую отдачу от 113 до 243 лм/Вт для холодных и от 70 до 234 лм/Вт для теплых белых светодиодов.
  • Стоимость электроэнергии уменьшать от 25 до 1 $/клм для холодных и от 36 до 1.1 $/клм для теплых белых СД.
  • Световой поток от одного СД будет увеличиваться в 20 раз за 10 лет и достигнет 10000 лм к 2020 г.
  • Стоимость 1 клм - уменьшится в 10 раз за 10 лет и может достигнуть 1-0.1 $/клм в 2020 г.

Презентация часть 3 (Презентация PowerPoint 3.95 Мб)

В России…

Государственные корпорации «Роснано» и «Ростехнологии» стали рассматривать эту тематику как одну из важнейших в связи с государственными программами энергосбережения и с перспективами замены ламп накаливания полупроводниковыми источниками света. Промышленные фирмы стали финансировать исследования и разработки по полупроводниковым нитридам, структурам и приборам на их основе.

Российский рынок основных материалов, комплектующих и оборудования для выпуска III-N светодиодов стратегически нестабилен. Его надо специально готовить к запуску промышленного производства, чтобы обеспечить конкурентоспособность светодиодной отрасли.

Ощущается нехватка ученых в возрасте 35-50 лет.

Развитием производства светодиодов и основанных на них систем освещения заинтересовались многие ведомства, составляются соответствующие программы. Однако, их подготовка ведется разобщенно, в узком кругу специалистов каждого ведомства. Необходимо взаимодействие различных ведомств.

Выдержки из интервью «Новой газеты» (19.05.10) с генеральным директором холдинга «Российская электроника» А.В.Зверевым…

  • …Сегодня существует единственное опытное производство «Светлана – Оптоэлектроника» в Питере с двумя установками по эпитаксии для последующего производства светодиодов. Мы понимаем, что это — недопустимо мало, поэтому
  • …«Ростехнологии» приняли программу развития светодиодного производства и внедрения светодиодного оборудования на предприятиях госкорпорации. Задача: за 5 лет заменить освещение на 100 миллионах квадратных метров площадей.
  • …Предварительный расчет: за 5 лет, начав с нуля, мы только на экономии потребления электричества сэкономим 54 млрд рублей. А в следующей пятилетке эту цифру можно будет смело умножать на два. Плюс экономия на установочной мощности, то есть энергию, не направленную на освещение, мы сможем использовать в других целях, получая экономический эффект, который можно оценить в 60 млрд рублей за 5 лет. Плюс плюс отсутствие затрат на утилизацию ламп накаливания или люминесцентных ламп.
  • …Научно-технический потенциал «Светланы» позволяет нам тиражировать технологию. Мы планируем создать три центра по производству светодиодов: в Петербурге, Москве и Томске. Там проще всего воспитать собственные кадры — на сегодня специалистов по эпитаксии в России можно перечесть на пальцах двух рук. За короткий срок это количество нужно увеличить в 10 раз. Потому что за эпитаксией идут более простые процессы, которые мы давно освоили, такие как упаковка чипов, а потом и совсем простые, как производство готовых изделий на базе светодиодов.

Российский производитель светодиодов ЗАО «Оптоган» завершил сделку с люксембургской компанией Elcoteq SE по покупке 100 % акций её российской дочки ЗАО «Элкотек» в Санкт-Петербурге. Общая площадь завода составляет 15500 м2, а производственные площади – более 5000 м2. Elcoteq инвестировала более 30 млн евро в строительство производственного здания и создание необходимой для производства электронных приборов инфраструктуры (системы контроля микроклимата, системы подачи сжатого воздуха, технических газов, вакуума; системы автоматизированного хранения особо чувствительных компонентов). В течение лета 2010 года «Оптоган» планирует провести монтаж и запуск первой очереди специализированной производственной линии для производства светодиодов, производительность которой составит более 30 млн корпусированных светодиодов в месяц. Запуск производства на данной площадке будет осуществлен осенью 2010 года.