加州的一家新创公司开发出一种制造技术,可大大降低发光二极管灯泡的成本,这种灯泡是一种更节能高效型照明设备。
发光二极管传统上制作是采用相对昂贵的碳化硅(silicon carbide)或蓝宝石(sapphire)基片。普瑞公司(Bridgelux)发明了一种新的制造工艺,他们利用现有制造设备的优势,用来制造计算机硅芯片,可削减75%的发光二极管(LED)生产成本,该公司称。
尽管有更高的效率和更长的使用寿命,但是,很少有家庭和企业使用发光二极管照明,这主要原因是初始成本。发光二极管芯片构成商用发光二极管灯泡的30%至60%。电子控制电路及热管理组件构成其余部分。因此,一个60瓦的灯泡成本相当于40美元,普瑞公司的技术可以使成本降到9美元到18美元。整合调光芯片(light chip)与电子组件,可进一步降低成本。
发光二极管采用新技术制备,每瓦电产生135流明(lumens)。美国能源部照明技术蓝图(Lighting Technology Roadmap)要求,到2012年,效率要达到每瓦150流明。一些发光二极管厂商,如北卡罗莱纳州(North Carolina)达勒姆(Durham)的克里公司(Cree)已经销售发光二极管灯具,效率就在这个范围。与此相反,白炽灯泡(incandescent bulbs)发光约每瓦15流明,荧光灯灯泡(fluorescent lightbulb)发光每瓦50至100流明。
制造商通常制造白色发光二极管,需要给蓝氮化镓(gallium-nitride)器件涂上黄色荧光粉(phosphors)。镓氮化物生长在2到4英寸蓝宝石或碳化硅晶片上。克里公司制造芯片就是采用碳化硅晶圆,“因为我们相信它会产生卓越的发光二极管,”公司发言人米歇尔•默里(Michelle Murray)说。
更大的晶圆意味着一次可生产更多的产品,这就降低了成本。但大型蓝宝石或碳化硅晶片更难制备,也更昂贵。有些公司例如德国欧司朗光电半导体公司(Osram Opto Semiconductors)现在就转向15厘米的蓝宝石晶圆,很可能这是最大限度的尺寸。另一方面,制造20厘米的硅片,在半导体芯片制造行业是常规性的。普瑞公司的新型硅晶片事实上是在硅谷的一家旧的硅制造厂生产的。
很难在硅上生长镓氮化物,主要是因为这种材料扩大和收缩都有非常不同的速度,科林•汉佛莱(Colin Humphreys)解释说,他是剑桥大学(Cambridge University)材料科学研究员。这个工序的进行大约是在1000 °C的温度,一经冷却,镓氮化物就会破裂,这是因为它受到的张力,汉佛莱说。有一种方法可以解决这个问题,就是插入附加薄膜,围绕氮化镓压缩材料,抵消张力,这种张力产生于冷却过程。事实上,汉佛莱和他的同事已经用这种方法制造了氮化镓发光二极管,就是在硅上制造的;他们的装置可产生每瓦70流明。普瑞公司可能会使用类似的技术。“普瑞公司的结果是令人印象深刻的,”汉弗莱说。“它做出的承诺是大幅度降低成本,一点也不会降低效率。”
其它发光二极管厂商,包括欧司朗,也试图在硅上制备氮化镓发光二极管。普瑞公司预计,在两到三年内推出第一款商用硅基发光二极管。
新工艺降低LED生产成本75%
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