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| 访美国Rensselaer理工学院Future Chips Constellation研究组的Fred. Schubert教授 | |
| 时间:2007-11-1 16:01:46 来源:中国半导体照明网 作者:记者 赵红宇 浏览 | |
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问：在2004年，您与您的小组发明了一种全方位反射镜，这种新的反射镜可以大幅度地提高LED的照明强度。同年6月，美国国家科学基金为此项发明提供了21万美元的资金用于将其投入市场。至此已有3年，您是否可谈谈这项工作的进展情况？ 答：全方位反射镜的研究始于2002年。我们展示了一些安装了这种反射镜的LED器件。结果充分表明这种反射镜比常规的金属反射镜有更好的反射能力，且有超于比传统反射镜技术的优势。 我们以Rensselaer理工学院的名义为这项成果申请了专利。我们大概在2005年已通过我们的知识产权小组将此专利授权给了一个公司。因为这个授权并非是独家代理，所以我想以后将会有其它新的授权。 我们认为这种反射镜有着明显优于金属反射镜的反射能力和更低的镜像损失，比常规金属反射镜有低得多的光吸收率。所以，这是一项非常好的技术，一项推动固态照明的发展的技术。 问：这种全方位反射镜的生产成本如何？ 答：成本并不会增加很多。这是一种高产出但并不贵的加工工艺。衬底较贵，但只有金属沉淀或电介沉淀是低成本加工工艺。当仪器工作在独立加工时，象检测或封装，比如器件封装，这些通常是成本很高的因为独立操作占用时间多。但开头的程序如晶膜生长是并行的并不贵。 问：对全方位反射镜，是否还有进一步的改进计划？ 答：在反射镜的基础上，我们制作出了一种薄膜材料，我们称之为“低反射率材料”。它的反射率可低到1.2，1.15，1.11甚至1.05。我们展示过的1.05是迄今为止最低的反射率，一项世界记录。我们开发这种低反射率材料的目的就在于这是一块空白。传统的材料如SiC等有至少1.4的反射率，与我们的薄膜材料的1.1和1.05的反射率相比就抬高了。这能够改善LED的光学特性。而且我相信，随着技术的发展，我们将拿出具有更好特性且更优于传统材料的新材料，尤其是低反射率材料，他们是SSL产业发展的重要基础。 问：这种全方位反射镜是否和SSL照明中的其它部分能很好地整合？ 答：半导体照明最主要是避免光子的失损。当一个光子产生后，我们就要竭力避免它被反射或被包装材料所吸收。有太多环节和可能性丢失已产生的光。常规的反射镜有大约90%的发射率，而我们的反射率为99%甚至99.5%，失光减少到了1/10，即100个光子最多只会丢失1个。这是一个技术上的飞跃。在半导体中，因半导体的反射率较空气高，其可产生1的发射率。好的反射镜虽然难做但却优于任何现有的。 我们最近又申报了另外几项专利，一个是有关荧光粉部分的。我们发现可将荧光粉发应用在远离芯片的地方。对此，我在2007年中国国际半导体照明论坛暨展览会的大会主题报告中做了详解。这种荧光粉远置方法也可有效提高白光LED的光效。 问：您的研究组又多少人参加？ 答：我个人是大学的教授。我们的Future Chips Constellation研究组包括3名高级教授，1名教授和几名博士助理，以及20名学生担任技术人员。我们有几个课题同时进行，反射镜课题大概有5人。我们还有别的课题正在进行，如光效衰减、荧光粉远置、绿发射器和微光子象光子晶体等。 问：反射镜在提高光效方面今后的发展会怎样？能否谈谈您下一步研究的技术目标？ 答：我们的目标是器件无光效衰减，既在高输入电流下保持高光输出。 问：是否有可能达到100%光效？ 答：很难，但50%还是有可能的，即使没有100%光效，SSL也已非常好了——50%光效的SSL，其效率值可超过钠灯，水银灯及高压灯等。 问：您如何评价“SSL不适合非洲市场”这种说法？ 答：SSL作为一种高效节能的灯源是非常适合发电量不足的国家的需求的。 问：SSL是否适合非洲的炎热环境？ 答：首先，灯具大多在太阳落山后使用，气温较低。第二，LED有较低的温度敏感性。第三，SSL是一种无污染、安全可靠的灯源，也是发达国家可以给予相对落后国家的有效的技术性的帮助。 问：请谈谈衬底材料方面的技术发展及未来趋势？ 答：蓝宝石是当前主要的衬底材料，并将在较近的未来几年保持其优势。而其它材料如GaN有较低的失配密度。对于LED来说，不同于激光器，蓝宝石目前是适宜的衬底材料。我们需要问自己：目前最大的问题是什么？目前最大的问题是——“光效损降”，即光效随着输入电压的升高而降低。我们在较低输入电压的情况下可获得非常好的光效，但当输入电压的升高时，光效就会变糟糕了。所以，“光效损降”是目前最大的问题，我们必须克服它。3~5年之后，“光效损降”或许能被克服，而现在并不重要的衬底问题也才会变得重要。到那时，我们将需要一种新的衬底，它可以被从蓝宝石衬底上剥离。 问：您是否认为一个理想的LED的组成是非极性GaN基材，垂直结构，光子晶体，并采用纳米技术？ 答：非极性GaN基材结构有许多优点，但也有一些问题。缺点之一就是材料不能在GaN的a面和m面上较好生长。一些结论显示，只有极少数人能做到较好的结果。对于这一点，我们还有待于看技术的进一步发展。 光子晶体可以非常肯定的。但因为牵扯许多知识产权方面的问题，所以不是每个厂家都能轻易使用的。 纳米粗化技术，垂直结构和激光剥离等都是必不可少的。另外还有许多好的技术设计。现在有很多人投身半导体照明领域的研究，在10年前这不可想象。这么多的具创造性头脑的研究者，定会大大促进半导体照明产业的进步。尽管上述的技术都很必要，但根据不同的应用需求，对不同的LED会有不同的要求。 问：您是否认可对全无机材料的封装做一些前景预测？LED产业中一贯的外延——芯片——封装体系是否会被打破？ 答：封装中，有机材料用得较多，例如环氧材料和硅材做绝缘材料。但并非所有LED都需要绝缘，且有些LED不用有机材料做绝缘。当然也有的设备自身就是用有机材料做的。但就目前来说，有机材料远不如无机材料稳定。GaN或GaAlN因其六角宝石结构，是迄今为止最为稳定得材料。半导体照明材料是非常稳定的，所以LED的寿命可达到1万小时。有机材料的性能在目前还不能与无机材料相比。 加州圣巴巴拉大学的Alan Heeger是有机材料LED的发明人之一。我认为对于某些应用领域，有机材料可能比较适合，但说到高能器件，有机材料很难胜任。所以，我认为无机材料有个较高的开端；而III-V族半导体材料已很多地用在传送器、微波电路和激光器中；这种材料虽然传统，但很经得住考验。 问：您认为LED需要多长时间才能替代传统照明？ 答：在美国，人们尤其不喜欢梯子，不喜欢登上梯子换灯泡，因为一旦摔伤就要牵扯出大笔的保险费和赔偿费。人们多用一种称为“摘果机” 的装置——可将人托起的平台车，安全但维修很贵。所以在户外和顶较高的商场等场所更换灯具是一件麻烦而且昂贵的差事。唯一的办法就是用长寿命、低故障率的LED取代传统照明灯具，这是很急迫的。 这个问题还有其它方面，半导体光源比传统光源易于控制。例如光普、方向性和反响时间等。因此它的应用面也更广。有一个我常提及的例子是“交互式的交通信号灯”。现在的交通信号灯只传递视觉信息，但是，我们可利用半导体光源的响应时间短来传递光学信息——智能汽车中的光感器可捕捉到红信号灯，并保证不闯红灯。这样就可避免一些人为的错误操作。 因此，半导体照明不光是提供视觉信号，更具有（其他）有意义的信息。所以说半导体不光节省能源，更有上乘的质量。 问：您认为LED产品的标准将会对产业带来怎样的影响？ 答：标准是很重要的，例如安全性等。我们需要有标准来区分鉴别产品的性能。对于发展中的SSL产业，优良的产品性能可树立消费者的信心。标准本身不能促进SSL的发展，但却是必不可少的。 < | |
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