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宜事达照明讲堂第二期LED车灯该如何选择灯珠?

来源:大发 | 时间:2018-09-27 人气:[!--onclick-

  大家好,又到了每月一期的宜事达照明讲堂时间。由只懂车与深圳宜事达光电股份有限公司共同主办,宜事达总裁苏睿开讲的汽车LED照明科普学堂再度开课!

  大家好,我是苏睿。最近这段时间,中美贸易战开打,作为一位企业负责人,我的心里有些复杂。一方面呢,我希望咱们国家能够漂漂亮亮打赢这一仗,避免签署第二个广场协议成为又一个日本;另一方面,我又很担心,贸易战开打,如果影响到LED行业核心原材料进口,中国的车主们,宜事达的客户们会被波及。哎不多说了,怕犯错误,咱们回到讲堂上来,继续给大家科普LED车灯的知识吧。这节课我们来讲一下LED车灯的核心,灯珠的知识。

  说到这个问题,我踌躇了很久。这个是专业性很强的知识点,想通俗地解释,发现再通俗还是得嵌入一些专业术语,只能尽量了。

  LED的全称是light emitting diode(发光二极管),并不是什么新东西。上个世纪60年代就被发明出来。以前我们用的电灯,是通过向钨丝等金属丝通电,当它温度达到白炽点后,热能就转化为光能;而LED不一样(前方高能预警!!!!!!!),它具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后,从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子,在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合,产生自发辐射的荧光。

  懵逼了吧,正常。用人话重新说一遍,意思就是LED里面的半导体材料通电了以后能发荧光,至于怎么激发出来不是我们关心的内容。它在好处是发光效率更高,是冷光,不像白炽灯,很多电能要转换成热能被浪费了。白炽灯每瓦只能发15-24流明(亮度单位),即使是卤素灯,也只能达到90-140流明每瓦,而LED的发光效率目前最高可以达到300流明/瓦。一方面省电,另一方面因为没有热辐射,所以寿命也高达10万小时。

  那么稍微有一点物理常识的朋友们就可以推断出,既然这东西的核心是发光二级管,那这种半导体材料就很重要了。对,同样是钢,好的钢可以做航母,做炮管,差的钢只能做礅子,半导体材料也一样,常用的是铟、镓与氮、磷、硫、砷等元素形成的化合物。

  其中最核心的一种材料是氮化铟镓,这种材料是实现高亮度蓝色LED的关键,日本学者中村修二,就是凭借他开发的高效蓝色发光二极管技术获得2014年诺贝尔奖物理学奖,而在蓝宝石基板上成功生长出氮化铟镓(INGAN)是他的首创。偷偷提一句,这东西也是光伏电子、雷达和激光武器的关键性材料,我兔的……不说了。

  氮化铟镓这么厉害的东西,老实说,本国的生产技术还不强。眼尖的车友会发现,刚才我们用了“生长”一词来表述,这是没错的。目前普遍生产制备氮化镓和氮化铟镓的方法叫做金属有机物气像沉淀法(MOCVD),是以蓝宝石为基板衬底,以三甲基镓和氮气等作为主要载气,通过加热等手段让他们发生反应,最后就会在蓝宝石上吸附,成核,最后变成薄膜一样的晶体。不懂的同学只要想象成做豆腐乳,我们的豆腐就是基板,然后豆腐罐里面的空气、微生物、我们加的盐等就是载气,经过一段时间,豆腐上生长出菌丝,这个菌丝就是氮化镓铟了。

  那什么是好的氮化镓铟呢,这种材料的核心指标是它与衬底的相配程度。这又是一个很费劲很折磨人的词。再用个不成熟的比方吧,我们买了煎饼模子,在上面摊煎饼,实际上煎完翻个面,煎饼并不是完美镜像了模子,总会有错位啊、起泡啊等现象,这个无法做到百分之百避免。在衬底上生长晶体也一样,晶体与衬底相配程度高,缺陷就少,相配程度低,缺陷就多。

  虽然蓝宝石衬底制造氮化镓铟是一个伟大的发明,但科学仍然在不断进步,人们发现蓝宝石做衬底虽然好,但也有不足的情况。蓝宝石价格低,热稳定性好,适合制造大尺寸的结晶薄膜,但蓝宝石的晶格长度和线膨胀系数与氮化镓(氮化镓铟就是高铟含量的氮化镓)差异比较大,就像是在水泥板有错位的的公路上铺沥青一样,产品缺陷密度比较大。

  这时候,有一家公司站出来了,美国科锐(CREE)。公司员工6400人,但拥有4000个专利!这种技术导向型的公司是很厉害的,他们采用了全新的基板衬底,那就是碳化硅(SIC),相比蓝宝石,碳化硅与氮化镓铟的晶格常数与线膨胀系数差异更小,通过独家的技术专利,科锐实现了更低缺陷密度的氮化镓生长。在蓝宝石上生长的氮化镓,缺陷密度高达14.8%,而在碳化硅上生产的氮化镓,缺陷密度仅为3.3%。

  我们在材料学的天空飘得太远了,回到现实世界来。更优质的氮化铟镓,就带来了更优质的。

  灯珠芯片。我们的LED车灯,要求的是亮(光电转换功率高)、光型好(聚光)、稳定不容易坏(发热低,散热好),好的原材料,就保证了更低的输出功率下更高的亮度,而输出功率越低,发热就越低,灯就越稳定。毫无疑问,基于碳化硅衬底生长技术的高品质半导体元件起到决定性作用。

  市场上主要有三类灯珠,第一类COB灯珠,但是不建议大家选择COB,原因有两点,A:COB灯珠由于结构问题,应用在车灯领域普遍寿命较差,目前行业应用普遍仅仅只有两个月左右的寿命。B:COB灯珠由于它发光的原理,面积很大且圆形发光,决定了它很难做到聚光。

  第二类灯珠的话呢是一些芯片企业应用于家用照明领域的灯珠,比如下面的这款科锐的XHP50。由于针对家用照明设计,所以其发光的原理为圆形发光,所以在车灯上面也很难做到聚光,我们建议大家也不要选择。

  第三种灯珠是条状灯珠,因为他基本上模拟了卤素灯的发光原理,能够做到聚光,建议大家选择这一种。当然同样的灯珠里面也有好的坏的,所以建议大家选择一些知名企业的灯珠。

  一、咱们目前还需要进口高端产品,但国内已经有企业开发出新的半导体光电原材料制备技术,希望他们加油,尽快产业化。

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