Направления конкурентной борьбы на светодиодном рынке

Именно в этой сфере Россия может дать
производителям светодиодов огромное
преимущество в виде обширной территории,
в особенности в северной части страны, которая является идеальным местом для тестирования пилотных проектов и дальнейшего
распространения продукции, успешно прошедшей тестирование. Экономия и перераспределение электроэнергии на севере страны,
в городах, лежащих за полярным кругом,
становится делом государственной важности.

Российский рынок в настоящее время мал,
он составляет примерно 1% от мирового.
Большинство российских светодиодных
компаний не могут похвастаться самостоятельным изготовлением светодиодов. Они
закупают за рубежом светодиодные чипы
либо уже готовые корпусированные светодиоды и монтируют их в светотехнику собственного производства.

Группа компаний «Оптоган» — одна из немногих в мире вертикально интегрированных
светодиодных компаний. Один из основных
принципов работы фирмы заключается
в производстве светотехнической продукции
только на основе собственных светодиодов
(рис. 1). На сегодня светодиоды производятся в Германии, но «Оптоган» активно
наращивает производственные мощности
в России и намерен в последующие два года
перевеcти сюда полный технологический
процесс производства. Все это делается
с целью занять существенную долю российского рынка.

Учитывая поддержку государственных
структур и наличие ряда государственных
программ, способствующих развитию инновационных компаний, можно предположить,
что в скором будущем российский рынок будет
достаточно развит и на нем появятся светодиоды и светодиодная светотехника различных
российских производителей.

Компания «Оптоган» обладает собственными уникальными запатентованными разработками в области эпитаксиального выращивания светоизлучающих гетероструктур
и процессирования светодиодных чипов. Одна
из таких разработок — собственно процесс
выращивания полупроводниковой гетероструктуры с пониженной плотностью дислокаций.

Одна из главных проблем светодиодов — это
ограничение по максимальному току, который
может через него пропускаться. С увеличением тока эффективность преобразования
электрической энергии в световую резко снижается. Большая часть энергии преобразуется
в тепло, вызывая повышение температуры
светодиода, что, в свою очередь, ведет к сокращению срока его службы. Это в основном обусловлено паразитными процессами безызлучательной рекомбинации носителей заряда на дефектах кристаллической структуры
GaN — ростовых дислокациях (РД). Ростовые
дислокации возникают при эпитаксиальном
росте пленок нитрида галлия на подложках
(например сапфира или карбида кремния),
рассогласованных с ним по параметру постоянной решетки.

Основателями «Оптогана» в результате исследований была разработана теоретическая
модель, позволяющая описывать эволюцию
плотности РД в зависимости от толщины
эпитаксиальной пленки GaN с учетом управляемого изменения наклона РД путем контроля режимов роста пленки.

Предсказано, что управление параметрами
модели позволяет достичь уменьшения плотности РД вплоть до 2,0.107 см–2 для пленок
микронной толщины, в то время как обычно
достижимая плотность РД составляет 108–109 см–2.
Была предложена новая экспериментальная
многоступенчатая схема роста пленок GaN,
которая отличается эффективностью и простотой реализации. В частности, данная схема
может быть реализована без дорогостоящих
технологических операций, связанных с остановками и повторными запусками технологического процесса. В результате наблюдаемая в эксперименте плотность РД оказывается
порядка 5,0.107 см–2, что соответствует предсказаниям модели (рис. 2, 3).

Другим существенным аспектом создания
качественных GaN-подложек и буферных слоев
является снижение уровня механических напряжений. Компанией «Оптоган» предложен
новый метод, основанный на создании заращиваемых пустот (микро- и нанопор) в полупроводниковой структуре с помощью
контролируемого травления и последующего
изменения режимов роста нитридных слоев
(рис. 4). Наличие пор в буферном слое GaN
позволяет попутно улучшить выход света
из светодиодных чипов за счет эффективного
изменения показателя преломления гетероструктуры.

Благодаря современным технологиям и разработкам компания «Оптоган» вполне способна составить конкуренцию основным производителям как по эффективности и качеству,
так и по цене производимых светодиодов. Уже
сейчас основная борьба между производителями разворачивается по нескольким направлениям.

В первую очередь, это, конечно, общее
увеличение светоотдачи с единицы площади
светодиодного чипа и связанной с этим эффективности светодиодов. Можно сказать,
что в этом году типовые значения эффективности составляли 100 лм на 1 Вт. Уже в следующем году типовые значения могут возрасти до 120 лм/Вт. К 2015 г. ожидается
достижение границы в 180 лм/Вт. То есть
в течение пяти следующих лет ожидается рост
эффективности и соответствующего снижения потребления энергии еще на 80% по отношению к сегодняшнему уровню.

Следующим важным направлением является разработка и внедрение светодиодов
с высокой цветопередачей. Производители
переходят на более сложные по составу люминофоры. Многих потребителей уже не устраивает «больничный» белый свет светодиод ного
светильника, искажающий цвета освещаемых
объектов. Все более востребованными становятся светодиоды с коэффициентом цветопередачи более 90%.

Третьим направлением является борьба
за качество светодиодов, удовлетворяющих новым потребительским стандартам.
Показательной является ситуация в США, где
уже разработаны нормы US IESNA LM80 для
светодиодных компонентов и LM79 для светодиодных ламп. Лампы и компоненты, не соответствующие данным нормам, в ближайшем
будущем практически невозможно будет вывести на американский потребительский
рынок.

Кроме этого, производители светодиодной
техники стараются создавать эффективные
осветительные приборы, максимально дружественные к конечному потребителю и не требующие специальных навыков и знаний при
их монтаже. Достижение поставленных целей
возможно различными способами, что стимулирует рост количества оригинальных
разработок и технологий практически на каждом этапе производства как отдельного светодиода, так и светодиодного светильника
или иного светодиодного устройства.

Так, повышение эффективности светодиода происходит не только за счет совершенствования эпитаксиальных структур светодиодного чипа, но и за счет изменения дизайна чипа,
позволяющего более равномерно распределять
большие токи по поверхности и тем самым
улучшить эффективность излучательной
рекомбинации электронно-дырочных пар в полупроводниковой структуре и, в конечном
итоге, эффективность светодиода. Материалы,
покрывающие светодиодный чип, изменяются с целью уменьшения внутреннего отражения на границе сред и увеличения оптического выхода из чипа во внешнюю среду. Сами
корпуса светодиодов также претерпевают изменения с целью улучшения отражения света
и предотвращения временной деградации
материала корпуса, в том числе и под действием внешнего ультрафиолетового излучения
солнца.

За каждым из подобных новшеств стоят
серьезные научные исследования и разработки в области полупроводников, теплофизики,
оптики, электротехники и химии. Каждый
месяц ведущими мировыми производителями патентуются несколько десятков новых
изобретений, так или иначе связанных со светодиодной тематикой. Именно поэтому
светодиоды — это не только результат инновационной деятельности, но также и источник
для деятельности подобного рода в смежных
областях.

Однако пока в светодиодах не все так гладко,
как любят описывать в рекламе некоторые
производители светотехники. В настоящее
время активно рекламируется срок жизни
светодиодов порядка 100 000 часов, это более
11 лет. Но при этом никто не делает оговорки
о том, что речь идет о долговечности самого
светодиода при определенных, достаточно
комфортных условиях, и не учитывается срок
службы, например, источника питания, который в настоящий момент в среднем короче,
чем срок службы самого светодиода.

Эффективность и долговечность светодиодов существенно падает при росте температуры. Если светодиодный светильник
перегревается, то все его преимущества
сводятся на нет, вплоть до того, что такой
светильник очень быстро выходит из строя.
Именно в этом и кроется основная проблема для повсеместного внедрения светодиодной техники — острая нехватка специалистов,
умеющих создавать качественные светодиодные осветительные приборы и комплексные решения, работающие в различных,
порой сложных внешних условиях. На рынке
нет недостатка в качественных светодиодных
компонентах, но пока есть недостаток в людях,
умеющих правильно разрабатывать светодиодные устройства с эффективной электроникой, правильной оптикой и термическим
регулированием.

Покупка эффективного светодиода автоматически не гарантирует, что устройство
также будет эффективным. Как раз непродуманные решения приводят к производству
некачественных светодиодных систем, которые в итоге приносят конечным потребителям
большие разочарования и вредят всему имиджу светодиодной техники. Именно поэтому
компания «Оптоган» ведет поиск и сотрудничает только с наиболее перспективными
производителями светотехники с целью
создания эффективных высококачественных
светодиодных приборов, адаптированных
к российским условиям.