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激光会是下一代照明与显示的主角吗?-2

 hxqdou 2017-12-18

  不同的光储存所对应的激光波长规格,由CD(GaAs),DVD(AlInGaP)到HD-DVD(InGaN)

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  激光二极管在21世纪沉寂了十年,原因是磁储存与宽带网络的普及,光储存不再有优势,谁还会去买DVD?谁的电脑还有光驱?买碟的人也越来越少了,这让当初钻研激光二极管的我有一点失落感,于是我也放弃了激光LD的研发,改行进入LED了,当初我希望我们中国人赶快介入蓝色激光LD这个领域让它便宜下来,但是说也奇怪,蓝色激光二极管不用中国人介入,却也衰落得很快,原来,大家使用的U盘容量实在太大了,根本不需要光盘了,半导体资讯革命真是十年河东,十年河西,你不要以为你现在的东西技术很先进,可能过了不久,你就是被技术所革命的对象。

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中村修二博士与激光二极管

  进入21世纪第二个十年,2014年中村修二因为LED的贡献拿到了诺贝尔物理奖,但是他的研究已经不再是LED了,他认为未来激光二极管LD会取代LED成为照明的主角,我也被他给懵了,真的是这样吗?我感到深深的怀疑,也许要给大家先科普一下这两者的差异了:

  这两种器件除了材料相近以外,他们有很大的不同,这也决定了他们的应用将会很不同,

  第一是在工作原理上的差别:LED是利用注入有源区的载流子自发辐射復合发光,而LD是受激辐射复合发光。

  第二是在架构与结构上的差别:LD有光学谐振腔,使产生的光子在腔内振荡放大,LED没有谐振腔。

  第三是效能上的差别 :LED没有阈值(threshold)特徴,光谱密度比LD高几个数量级,LED匯出光功率小,发散角大。

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LED与LD发光示意图

  以上这是本质上的差异,自从蓝光LED发明了以后,日本一直在找一个能替代蓝宝石的衬底材料,可以用在更高阶的产品,到目前只有氮化镓同质衬底可以量产,但是他贵得离谱(一片至少五百美金),对要革传统照明的命的LED来说,简直是一场革命逆流,反而会延缓照明革命。我对蓝光LD最不看好的是它的价格,如上图所示,由于激光LD的发光区密度是LED的1000倍以上,蓝宝石与氮化镓的晶格失陪太大,无法达到衬底的要求,目前只有昂贵的氮化镓衬底可以达到,这导致蓝色激光二极管的价格实在太贵了,所以目前它只能应用在HD-DVD读写头的光源或是PS3游戏机,需求不大,但是价格很贵。而目前中村修二博士推广的激光照明,也是以氮化镓为衬底材料,这将注定它在短期内无法跟LED竞争,就算他有无数的优点,但是价格的劣势让他注定在这五年内无法成为通用照明的主流。但是激光照明真的就没路走了吗?我的答案是一扇门关了,但是另一扇门却偷偷打开,也许短期内激光不会是照明的主角,但是它会是一个很出色的配角,那一扇门就是蓝海的特殊照明市场,尤其是汽车照明,激光的方向性很强,跟汽车大灯是绝配,它可以提供驾驶很远的视距,相比LED大灯200米的距离,激光LD可以达到600米以上,可以让行车更安全,由于光的集中性,对向车与使用激光大灯的车会车也不会刺眼,因此目前高档汽车已经将激光大灯变成标准配备,如果未来激光LD价格再降下来,激光大灯将主导汽车市场。有没有可能继续渗透到通用照明呢?就看看衬底性能与价格有没有突破,如果有,也许中村的看法是对的,但是我认为至少需要10年以上。

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激光LD大灯与LED大灯比较图

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