而中科生物实施的现代农业植物工厂产业化项目,我国白光LED已经实现了全彩化和超高亮度

惊闻科创板正式启动,记者从福建有关方面获悉,三安集团子公司福建省中科生物股份有限公司正计划在科创板上市。

LED出现较早,但是其快速发展需要追溯到上世纪末期,美国、日本、德国等国家竞相展开LED和半导体技术的研究,推进了LED快速的发展。1992年出现了GaAllnP黄色LED,1993年Nichia公司(日本),对LED的技术和材料进行了革新,奠定了现代LED的基础,促进了全彩化的诞生。如今,白光LED已经具有超高的亮度,其器件结构也发生了很大改变,LED的超高亮度和丰富色彩,促进其应用在社会各行业及产业中。

要问汽车上什么电器最重要,毫无疑问灯光绝对无出其右。如果没有汽车大灯,我们驾驶着汽车在夜间会寸步难行,
而有了优质的光源之后,我们的夜间行驶之路会更有保障,所以追求更优质的光源就成了车主和厂商共同的目标。从最初的汽灯到电灯,从灯泡到LED,再到激光大灯,从最开始单纯用于照明,到现在用在夜视、装饰等各种用途。本文我们就来聊聊汽车大灯发展历程。

资料显示,中科生物于2015年底设立,注册资本1亿元,2017年和2018年一季度分别实现营业收8272.35万元与573.86万元,净利润分别为1361.68万元和1904万元。

1、白光LED现状

煤油灯:1886年-1904年

而中科生物实施的现代农业植物工厂产业化项目,总投资7.17亿元,截至2018年3月底已投资3.12亿元,该项目系与中科院植物所合作,利用LED光谱技术生产绿色无污染、高品质蔬菜、瓜果和保健食品。

上个世纪末期,GaAIInP四元系和GaN材料的成熟利用,带动了白光LED的快速发展,至本世纪初,白光LED已经突破了技术的束缚,拥有了各种各样的颜色,并实现了批量生产。此外,LED生产中引进有机物气相外延和分子束外延技术(MOCVD和MBE),使得LED的亮度和色彩饱和度得到了很大提升。MOCVD技术属于材料生长技术,可以生长成单原子层厚度的完整晶体,同时在材料生长中也利用了价制膜层厚度控制技术——MBE,实现了对芯片结构进行定向控制,可以批量生产出多量子阱等复杂的结构。如今LED已经拥有了不同的颜色,如GaAllnP红、绿光等,同时LED也具有了超高的亮度。近年来,响应低碳经济的号召,白光LED以高能效的优点成为了重要的光源,同时也吸引了半导体市场的注意力,因而出现了较多LED企业与半导体企业合作的案例,彻底改变了LED光源的生产模式。

汽车刚诞生时,几乎什么功能都没有,更别谈车灯了。据说1887年,一个驾驶员在黑暗的旷野上迷路时,是一家民用手提灯把他引回家。这也被称为汽车上最早的照明工具。

据悉,2018年11月5日,证监会和上交所纷纷表态,建设独立于现有主板市场的新设板块——科创板,并在该板块内进行注册制试点。

我国政府早在十多年前,就启动了“国家半导体照明工程”计划,开始深入的探索半导体照明技术。因而,我国白光LED产业开始引进高新技术,并积极探索争取攻破关键难点,尽快掌握核心技术。近十年来,我国白光LED已经实现了全彩化和超高亮度,并建立起了一个完整的LED产业。目前,白光LED已经覆盖社会各领域,白光LED已经与人们的生活紧密的联系在一起,白光LED的功能不仅是照明,还是很多行业的重要元件,白光LED的身影出现在电视、手机、汽车照明、高精度仪器等领域中,奠定了白光LED的良好发展态势。

但是煤油灯的发光强度太低,并不能满足照亮车前足够远路面的要求。所以为了提高前方路面照度,人们采用的办法是将克鲁平反光镜安置在煤油灯后,使煤油灯成为世界上第一只聚光大灯,这也是车灯的最早雏形。

1月23日,据新华社报道,中央全面深化改革委员会第六次会议审议通过了《在上海证券交易所设立科创板并试点注册制总体实施方案》、《关于在上海证券交易所设立科创板并试点注册制的实施意见》。

2、白光LED存在的问题

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1月21日,此前备受关注的芯片独角兽澜起科技已接受中信证券上市辅导。

2.1白光质量有待提高,需规范改善参数设计

乙炔灯:1905年-1925年

所谓白光LED,需要对多种颜色进行调整,从而使其发出需要的白光,由此可知,多种颜色光的混合比例是非常重要的。为了保证白光的质量,通常采用一些参数进行评价,如色坐标、显色指数等。若光的混合比例设计不当,或随着使用芯片等器件的老化,LED的白光可能出现变化,达不到既定的设计要求,进而影响正常使用。但是事实上,由于对色温、显色指数的控制效果不佳,较容易出现LED白光不符合要求的现象。此外,由于白光LED多作照明光源,因而必须提高设计要求,保证设计的严谨性,进而控制好白光LED的发光质量。

不过因为发光效率低下的缘故,煤油灯很快就被乙炔灯所替代。可能有人会质疑,早在1879年白炽灯便已经被发明为何乙炔灯会捷足先登应用在汽车上呢?这是因为,当时的真空白炽灯泡的灯丝是由碳丝做成的,太脆弱的灯丝禁不起路上的颠簸,无法应用在车灯上。而且当时乙炔灯所能达到的亮度几乎比电灯亮一倍,所以乙炔灯当仁不让的成为了当时车灯的首选。在这之后也出现了其他高度光源,但都因为种种原因未获成功,最终只有乙炔灯成为早期车灯的稳定光源,而且一直沿用到1925年前后。

2.2光通量和发光效率有待提高,需设计大功率型芯片

当然,随着汽车的发展,乙炔灯的缺点也逐渐暴露出来了。首先乙炔灯是依靠燃烧发光,很容易被路上的雨水浇灭,在恶略天气下行车简直成为了司机们的噩梦。其次,乙炔灯的耐用度与刚刚面世的白炽灯相比强不到哪里,加之燃烧后的乙炔会产生大量碱石灰(Ca(OH)2),这种对蛋白质有溶解效果的有害物质落在皮肤上会产生强烈刺激性和腐蚀性,严重的会导致人休克、胃穿孔等不良反应。

在发光效率方面,白光LED与白炽灯相比效率较高,但是其发光效率低于荧光灯、节能灯类光源;在光通量方面,白光LED光通量较少,远远低于白炽灯、荧光灯、节能灯。这些问题限制了白光LED使用范围,因此要对白光LED进行改进。首先,要给予白光LED的芯片进行改进,设计大功率型的芯片,同时要保证芯片高质量、大尺寸,这样才能提升内量子效率,进而增加发光功率。但是,发光功率增加,必然会带来热量增加问题,进而导致芯片老化加速,因而要深入研究光能和热能的转化问题。同时,由于白光LED多为多个LED灯泡组装使用,所以也使LED热量也会聚集在一起,因而必须要LED组装的散热问题,这样才能既保证发光效率提高,有保障白光LED稳定性。

乙炔灯工作原理:

2.3工作寿命有待提高,需提升加强产品可靠性

乙炔是利用装置在汽车脚踏板或车架上的轻便型乙炔发生器由碳化钙和水发生化学反应而产生的。在行车的过程中,晃动的车身刚好为乙炔的产生提供便利条件,但缺点在于,一旦你停下车来,反应便没有那么强烈,随着乙炔产生的减少,车灯也就会逐渐变暗。

虽然我国自主生产的白光LED寿命较长,但是与节能灯等相比差异不大,无法凸显白光LED的优势。理论上,白光LED的寿命应远远高于节能灯,但是LED实际工作中却达不到应有的寿命。为此,我国LED研究者,要注意优化产品设计,提升白光LED的实际寿命。国外对白光LED老化机理的研究较多,可以为我国LED设计提供一些启示。当前,我国LED产品趋向于大功率方向发展,老化问题也更加严重,因而老化机理研究也更加迫切。

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2.4荧光粉有待改善,需促进新产品

白炽灯、卤素灯:

虽然我国白光LED发展较快,但是受蓝光芯片设计制造能力的制约,导致我国白光LED的产品只能占有中低端市场。在蓝光芯片设计中,荧光粉是重要的发光物质,其作用是负责芯片发出蓝光转换成黄光,而我国蓝光芯片的荧光粉发光效率并不高。因而,在推进芯片更新和优化的过程中,也要注意挑选更加稳定的荧光粉品质,以提高转换效率。目前,紫外线激发的荧光粉受到国内外研究者的肯定,我国可以深入该方向进行研究,尽快开发出新的白光LED产品。

因此,随着电灯的发展,耐用度的提升,乙炔灯连同着它的缺点逐渐退出了车灯历史的舞台。取而代之的是日渐成熟的白炽灯。螺旋钨丝白炽灯相比于原来的碳丝白炽灯的照射强度提升了50%。螺旋钨丝白炽灯的出现可以说是真正开始了汽车照明电气化发展的历史,之前的煤油灯和乙炔姑且算是野史吧。

3、结语

虽然早在1898年,哥伦比亚电动公司就推出了一辆搭载钨丝灯的电动车。但就如前文所说,纤细的灯丝很容易在颠簸的路面断裂,再加之没有聚焦装置,电灯的首秀并不能算是成功,这也正是乙炔灯能够沿用到1925年之久的原因。

白光LED作为重要的半导体科研成果,对我国照明行业的发展具有强大的推动作用,因而我国要提升芯片设计制造能力,推进LED产业走向高端化。同时,我国半导体科研人员,也要针对白光LED技术存在的问题,积极进行研究和探讨,争取尽快解决白光LED的问题,使我国LED技术成为世界LED产业中的领先者。

不过普通白炽灯的发光效率不高,于是更节能的卤素灯诞生了,初期用于车灯的卤素灯诞生于1960年代,厂商则是后来大名鼎鼎的海拉。

什么是卤素灯:

卤素灯其实就是生活中我们使用白炽灯的升级版,加入卤族元素的应用,能使得白炽灯的亮度提高1.5倍,同时使用寿命也是普通白炽灯的2-3倍。为了提高白炽灯的发光效率,首先,必须提高钨丝的温度,但相应会造成钨的升华,并凝华在玻璃壳上使之发黑。在白炽灯中充入卤族元素或卤化物,利用卤钨循环的原理可以消除白炽灯的玻壳发黑现象,这就是卤素灯的来由。

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氙气大灯:

伴随着交通环境的变化以及汽车安全性、环保性的提高,白炽灯已经不能满足需要了,首先白炽灯系列亮度不够,由于车速越来越快,夜间以及低能见度的环境下,亮度不够直接影响车辆和行人的安全。其次是不环保,一个卤素车灯的功率就达到50W~70W,能量消耗比较大,而且因为白炽灯发光是以钨丝通电为基础,钨丝高温发光必然会有损耗,虽然200~300小时的寿命比燃料灯具牛很多,但是和汽车的整体寿命相比,白炽灯系列的寿命还是太短。

针对白炽灯系列亮度低、费电、寿命短等不足,90年代,专业的车灯制造商海拉将技术成熟的氙气车灯推向市场。氙气灯打破了爱迪生发明的钨丝发光原理,在石英灯管内填充高压惰性气体,取代传统的灯丝,以23000伏高压电流刺激氙气发光,在两极间形成完美的白色电弧。氙气车灯亮度是卤素灯的三倍,能耗是其的一半,使用寿命更是卤素灯的七倍。简单的说,只要不人为损坏,车辆十余年的使用寿命内,不需要换车灯。

不过刚开始应用的氙气大灯会给对面的司机造成眩光,这对于安全是一种隐患,后期自动大灯高度调节开始得到应用,解决了这方面的问题。

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LED大灯:

氙气大灯之后,便是现在还没有普及的LED头灯了,尽管以前在很多概念车上面都能看到,不过由于技术、成本和法规的关系,LED头灯装车也只是近几年的事情。

激光大灯:

继LED大灯之后
激光大灯被称为合理的下一步,原理是激光发光二极管的蓝光灯将会贯穿前大灯单元内有荧光的荧光粉材料,将其转换成一个扩散的白光。它更加节能,更加省油。

总结:作为一项重要的汽车技术,车灯的历史几乎与汽车同步,不但有各种技术突破,同时也还与汽车设计息息相关,而随着科技的进步,车灯的故事还将延续。

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