Очередная революция: требуется миллиард светодиодов

Санкт-Петербург станет одним из первых городов России, улицы которого начнут освещать светодиодные фонари. Это произойдет в соответствии с городской программой энергосбережения.

Несмотря на то что аналогичные проекты внедряются во многих регионах нашей страны, северная столица отличилась – здесь решили сразу применить новейшие светодиодные технологии, минуя стадию использования люминесцентных энерго-сберегающих ламп.

И это не случайно: в Петербурге есть собственное производство светодиодов – предприятие «Светлана-Оптоэлектроника» уже более 10 лет занимается разработкой и промышленным производством светотехнических изделий на основе твердотельных полупроводниковых источников света (светодиодов).

– Вся мировая литература, предоставляющая информацию по светодиодам, едва ли может дать полные сведения об этих приборах и их производных, – такое мнение специалистов обобщил генеральный директор ЗАО «Светлана-Оптоэлектроника» Григорий Иткинсон.

Поэтому с нашей стороны было вполне логичным предложить ему рассказать обо всем понемногу – дав сведения из теоретической, технической и, так сказать, рыночной части темы с практическими примерами внедрения разработок.

Что это такое?

– Светодиод – полупроводниковый прибор, – отметил господин Иткинсон. – А светильники на основе светодиодов – это изделия радиоэлектронной промышленности, в отличие от сегодняшних ламповых светильников, которые относятся скорее к продуктам механического производства. Светодиодный светильник – достаточно сложный радиоэлектронный прибор. Технология изготовления светодиодов весьма наукоемка и требует не просто умных людей, а специалистов, имеющих за спиной соответствующую школу, навыки исследовательской деятельности и опыт работы со сложным технологическим оборудованием. И только благодаря тому, что в Санкт-Петербурге есть такая школа – она ведет начало с Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе, – нам удалось первыми в стране реализовать полный технологический цикл изготовления светодиодов, начиная с выращивания полупроводниковых гетероструктур и заканчивая изготовлением светильников. Поэтому появление в Питере такой технологии – не случайность, а благоприятное стечение обстоятельств в научной сфере при участии специалистов, которые способны воплотить идеи в реальное производство.

В мире существует несколько крупных компаний, владеющих полным циклом производства хороших, качественных светодиодов: Nichia (Япония), Cree (США), Phillips Lumileds (США), Osram (Германия). Вот пять крупнейших игроков на мировом рынке. К ним подтягиваются SemiLED (Тайвань) и Seoul Semiconductor (Южная Корея), но они уступают лидерам. Наши технологии сегодня сопоставимы с параметрами приборов Osram и Phillips, хотя по производственным возможностям, конечно, сравнения с этими компаниями мы не выдерживаем.

Нюансы технологий

– А суть технологии у всех одинакова?

– Физика технологий – да. Принцип, основанный на том, что через pn-переход протекает электрический ток, за счет чего и возникает свет, – одинаков для всех производителей, представляющих определенный класс светодиодов. В данном случае мы говорим о мощных белых светодиодах, где для получения белого света используется синий полупроводниковый источник света и люминофор, который преобразует часть этого синего излучения в дополняющий до белого спектр. Этот принцип у всех одинаков, и здесь есть некая фундаментальность технологии. А вот способы, отличительные черты технологии, особенно касающиеся выращивания гетероструктур – у всех разные. В мире наиболее известны два изготовителя оборудования, которое используется для выращивания полупроводниковых структур – Extron (Германия) и Veeko (США). Основные мировые изготовители светодиодов работают на их оборудовании. При этом каждая компания-производитель имеет свою конфигурацию оборудования, созданную учеными и технологами и позволяющую учитывать определенные научные тонкости.

Из светодиодных структур мы получаем множество светодиодных чипов – на их основе затем изготавливается светодиод. Отмечу, что при изготовлении полупроводниковых чипов тоже есть свои особенности и подходы: часть компаний-производителей использует кристалл вертикального типа, в котором контакты расположены снизу и сверху кристалла, другая часть производителей, включая нашу компанию, использует флип-чипы – кристалл монтируется в готовый прибор, образно говоря, лицевой стороной (активной областью) вниз. Мы считаем, что это более интересный и перспективный вариант светодиода.

Существует еще одна особенность в изготовлении светодиодов: разные компании используют разные подложки для выращивания гетероструктур. Если физические принципы технологии одинаковы, то дальнейшие тонкости ранжируются. Первая тонкость заключается в подложке: допустим, компания Cree использует дорогостоящую кремниевую подложку, остальные компании, как и мы, применяют сапфировую подложку, она существенно дешевле. Следующая тонкость касается различий в конструкции чипа, при почти неизменных параметрах.

Отмечу, что все вышеперечисленное – очень упрощенное описание этих технологий.

– Как вы оцениваете возможности светодиодных осветительных приборов в целом?

– Освещение необходимо людям так же, как еда и питье, поскольку оно обеспечивает одну из базовых человеческих потребностей в свете. Вопрос в том, как сделать это освещение эффективным и комфортным в использовании.

Инновации ждут помощи

– Как вы думаете, могут ли в продвижении светодиодов в массовое пользование помочь административные рычаги?

– Да. Административные рычаги нужно использовать в продвижении светодиодных технологий. На сегодняшний день все развитие данного направления идет опережающими темпами относительно тех прогнозов, которые делались ранее. Например, американцы очень любят построение дорожных карт. Так вот, с 2001 года они прогнозировали развитие светодиодов, а сейчас видно, что научные результаты опережают те прогнозы примерно на два года.

– Почему?

– Потому что тема очень интересная. Люди понимают, что такое освещение востребовано и выгодно с точки зрения производства и реализации, поэтому научные исследования в этой области ведутся очень интенсивно. И кстати, во многих странах, например в Китае, Индии, некоторых европейских государствах, огромные субсидии направлены на развитие этого направления. Всем понятно, что те, кто станет первым на этом рынке, завоюют мир освещения. Именно поэтому вполне обоснованы ежегодные вложения в исследования и разработку светодиодов, хотя они могут и не стать внезапным фундаментальным прорывом в радиоэлектронике. Но накопленные результаты помогут понять, как это надо на самом деле делать. Иными словами, в этой области проходит эволюционный процесс, идет постоянное наращивание результатов и параметров выпускаемых сейчас приборов.

– То есть, когда вы задумывали выпуск светодиодных светильников, то были готовы к тому, что должно пройти несколько лет, прежде чем разработки получат высокую оценку, допустим, со стороны государства? Никто ведь несколько лет назад не предполагал, что в стране появится общероссийская программа по энергосбережению…

– Эта государственная программа – следствие научно-технического прогресса в этой области. Не будь прогресса, не было бы и программы. Хотя толчком к энергосбережению послужили такие явления, как кризис, дефицит электроэнергии. А развитие научных направлений зависит от достигнутых учеными результатов, иначе вряд ли говорили бы о запрете лампочек накаливания – рекомендовали бы пользоваться свечами, они еще дешевле, не так ли?

Развитие микроэлектроники произошло на наших глазах. Вспомните радиоприемники на лампах.

– Помню, у родителей был такой на ножках…

– Да, именно, причем в нашей стране выпускалось 2‑3 типа такой аппаратуры, тогда как за рубежом их производили десятками видов. Так вот, в сегодняшнем приборе миллионы ламп, которые были в прошлом. Вот вам прогресс перехода от вакуумных к полупроводниковым микросхемам. То же самое в освещении: лампы накаливания, люминесцентные, галогенные, полупроводниковые приборы. Понятно, что последние всех опередят, в этом уверены специалисты, несмотря на то, что еще в 1970‑е годы в научных кругах обсуждались возможные пределы кремниевой микроэлектроники. Но оказалось, что прогресс науки сильнее прошлых предсказаний. И хотя лампочка накаливания – гениальное изобретение человечества в силу своей простоты, полупроводниковые приборы придут ей на смену.

Перспективы очевидны. Вспомните, в эпоху транзисторов спорили о сомнительности их будущего, до тех пор пока они не вошли в массовое производство. Известны также громкие споры вокруг первого внедрения ламп накаливания вместо газовых фонарей. В 1879 году в Санкт-Петербурге энтузиасты оборудовали электрическими лампами часть Невского проспекта. Приверженцы газовых фонарей выступили против новшества. И только благодаря вмешательству полицмейстера Петербурга, который доказал, что лампы накаливания светят лучше и не требуют постоянной заправки, в отличие от газовых, новая технология стала внедряться более широко. Вот вам очевидный пример использования административного ресурса.

Петербургский путь

– Таким «полицмейстером» в Петербурге сейчас выступает комитет по энергетике, глава которого настолько высоко оценивает возможности новых световых технологий, что намерен отказаться от дешевого люминесцентного освещения, которое тоже является энергосберегающим, и внедрить в нескольких новых кварталах Питера современные светодиоды…

– Несмотря на относительную дешевизну, все люминесцентные лампы содержат ртуть, которая опасна для здоровья – она накапливается в организме и приводит к печальным последствиям. Если мы хотим жить в здоровой среде, речь идет даже не об экологии, а об элементарной безопасности, то необходимо специально утилизировать каждую люминесцентную лампу. Как это делают в быту? Отправляют лампочки в мусоропровод, оставляют их разбитыми в подъездах и на улицах. От этого нельзя просто так отмахнуться. Нужно решить: что эффективнее – строительство заводов по утилизации ламп или вложения денег в замену освещения на светодиодное. Понятно, что новое освещение – более привлекательный вариант. Тем более, учитывая отсталость России в этой теме, мы можем миновать несколько этапов технологий создания источников света и внедрить у себя самые последние разработки. Очередная революция? Нет, это эволюция в соответствии с мировыми тенденциями.

Совершенно очевидно, что это светодиодное освещение эффективно в подъездах жилых домов, в офисах, на промышленных предприятиях и на улицах, хотя есть вопросы, которые предстоит решить. Например, несмотря на популярность светодиодного освещения на улицах во всем мире, начальная стоимость этого освещения у нас в России достаточно высока, поэтому и внедряются эти технологии не так стремительно, как хотелось бы.

Квартиры станут следующим этапом освоения светодиодов, потому что человеку уже мало иметь просто дешевый люминесцентный свет, ему нужен комфорт, который могут дать светодиоды: спектр их излучения наиболее приближен к естественному дневному свету, поэтому даже в помещении светодиоды дают эффект солнечного света. И наконец, главное – это энергосбережение: светодиоды сами по себе являются экономичными осветительными приборами, а при наличии специальной автоматики, которая будет управлять освещением, мы включим свет там, где надо, и выключим там, где в определенный момент он не нужен.

Первенец

– «Светлана-Оптоэлектроника» сейчас единственное в России крупное предприятие, выпускающее светодиодные светильники в массовое производство. Каков годовой объем выпуска продукции, каких потребителей вы уже обеспечиваете и какие регионы нашей страны значатся в планах освоения?

– Сейчас мы поставляем нашу продукцию более чем в 30 регионов и городов нашей страны, география продаж постоянно расширяется, и интерес к нашей продукции растет не только в России. Мы поставляем продукцию в Корею, Италию, Индию, Прибалтику, Белоруссию, в ближайшее время начнем поставки в Болгарию. На сегодняшний день мы производим и реализуем изделия небольшими партиями – в среднем предприятие выпускает 15‑20 миллионов светодиодов в год. Этого количества хватит для того чтобы выполнить освещение одного из микрорайонов Петербурга, но не более. Конечно же, для того, чтобы обеспечить государственные программы, нужен серийный завод с объемом выпуска 100 миллионов светодиодов в год.

– Сколько светодиодов нужно Питеру?

– Думаю, миллиард.

СПРАВКА

ЗАО «Светлана-Оптоэлектроника» – единственное в России предприятие, на котором организован полный технологический цикл производства полупроводниковых источников света – от исходных гетероструктур до готовых светодиодных светильников. История компании началась в 1993 году, когда группой инженеров было создано предприятие, нацеленное на разработку изделий оптоэлектроники. Помощь в становлении предприятия оказали инновационные фонды. За три года был пройден путь от экспериментальной разработки оптоэлектронной продукции к ее серийному производству. В 2007 году завод начал серийное производство полупроводниковых светотехнических изделий. В 2008 году выпущена первая серийная партия светодиодных светильников для уличного освещения. Таким образом, «Светлана-Оптоэлектроника» практически реализует нанотехнологии в изделиях оптоэлектроники.

Сегодня здесь трудятся более 400 специалистов высокого класса, среди которых есть выпускники Ленинградского электротехнического института и ученые Санкт-Петербургского физико-технического института им. А. Ф. Иоффе.

Логин:
Пароль:
Запомнить меня
Регистрация
Забыли свой пароль?
Войти как пользователь: