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盤點LED產業關鍵技術及應用市

责编:万博体育3.0发布时间:2019-12-18 11:09浏览量:163

當前半導體照明產業的技術發展目標是徹底解決“兩高一低”的技術問題,即高能效、高質量(含光色質量和可靠性)、低成本的技術。只有很好地解決這些技術問題,才能為人們提供節能、環保、健康、舒適的照明環境。解決"兩高一低"的技術問題,應從產業鏈的主要部分,即襯底、外延、芯片、封裝和應用等方面提出解決方案。

全球外延、芯片企業有142家,我國投產36家,籌建25家。全球現有MOCVD約2800臺,我國有700多臺,投產400臺左右。2011年全球芯片產量820億只,2012年預計將達950億只,芯片產能過剩35%。目前,白光的實驗室光效可達254lm/W,產業化為140~150lm/W,最近Cree推出了160lm/W的產品。同時,藍光光效達到300lm/W,紅光光效達240lm/W,綠光光效達160lm/W。

圖形化襯底(定向、納米)和半極性、非極性襯底方面,通過改進工藝、簡化流程、節省原料、降低成本等取得了很好的成果;同質外延方面,可采用多種方法生產GaN襯底,并在GaN襯底上生長GaN的LED,極大減少了MO源和高純氣體用量,有人預測可降低成本50%。

在8英寸的Si襯底上生長GaN,全球有多家公司已投入研發,由于可用現有多余的生產設備、簡化工藝流程,將大幅度降低成本。同時,Aixtron推出以Si為襯底的外延爐,可嚴格控制彎曲度,均勻一致生產。這無疑將推動在8英寸的Si襯底上生長外延的進程,并可大幅度降低成本。

在芯片結構方面,已出現多種新結構,較典型的是六面體發光芯片,并采用多面表面粗化技術,減少界面反射,提高光萃取率,從而提高外量子效率。三星公司采用納米級的六角棱錐結構技術做出的LED,可實現半極性、非極性生長GaN,散熱好、晶體質量好,實現了多色光的白光LED,取得突破性進展。

綜上,由于GaN外延、芯片技術的不斷突破,采用不同襯底、新結構和納米級技術等,可生長低位錯的GaN,并做出高光效LED。在沒有波長轉換時,其光效可超過300lm/W(理論值可達400lm/W);采用熒光粉波長轉換時,光效可超過200lm/W(理論值可達263lm/W),還可開拓單芯片發多色的新技術路線。同時,采用新技術和大圓片技術生長外延,可大幅度降低外延、芯片的制作成本。

我國LED封裝技術近幾年取得很大進展,總體封裝水平與國外相差很小,甚至相當,但關鍵封裝材料還要進口。2011年,全球封裝器件產值為125億美元,增長率為9.8%,另有報道產值為112億美元和137.8億美元,但是由于這些機構對中國封裝產業估算不足(小于10億美元),所以全球封裝產值實際應該是160億美元左右。世界排名前十的封裝企業為日亞、三星、歐司朗、LG、首爾半導體、科銳、飛利浦、夏普、豐田合成、億光等,占全球市場68%。我國封裝器件產值約250億元,產值在1億元以上的企業超過40家,器件光效為120~130lm/W,采用進口芯片,可達140~150lm/W。

同時,將芯片、驅動、控制部分、散熱、零件等封裝在一起形成模塊,進行標準化生產的模塊化標準封裝LED產品成為半導體照明光源的發展方向。Zhaga聯盟已為此制定十多項標準草案,主要是光引擎界面接口標準,包含物理尺寸、光學、電氣和熱特性等。

綜上,封裝技術采用新結構、新工藝和納米級技術等,取得了突破性進展,將來有可能采用替代熒光粉的封裝技術,在照明領域采用模塊化封裝,不需要對LED單獨封裝,不同應用場合可能采用不同封裝技術的產品。因此器件成本將大幅度下降,企業要有承受能力。

隨著LED性能的不斷提高,LED照明應用的范圍不斷拓展,促進了半導體照明產業的快速發展。2012年全球照明總產值為1400億美元,其中LED照明占11%,為154億美元。2011年我國LED照明燈具產量為1.8億只,其中球泡燈占47.4%、射燈占22.8%、直管燈12.1%、筒燈7.3%。2012年前三季度LED燈具出口增長40%,市場前景看好。

能效方面,雖然目前理論值可達56%,但實際總能效只有20%~30%。要實現總能效達50%以上,需解決的技術問題還很多,難度也很大。壽命方面,LED芯片壽命可達幾十萬小時,器件可達5萬~10萬小時。能源之星燈具V1.0技術規范規定,集成LED燈具壽命要求為1.5萬~2.5萬小時。舒適性和安全性方面,相關標準也均在制定中。

在智能數字化控制方面,室內智能照明系統適用于商業照明、家居照明;室外智能照明系統適用于景觀照明、公共建筑和道路系統照明;專業智能照明系統適用于特定場所藝術照明。全球互聯照明聯盟于2012年9月由6家照明巨頭(飛利浦、歐司朗、松下、東芝、GE、Lutron)發起成立,旨在推動照明無線網絡控制系統實施。通過智能數字化控制,將實現照明的個性化、舒適性、調光、調色、二次節能等,是照明系統發展的方向。

綜上,LED照明產品的最終能效目標將達50%以上,光源質量要達到舒適性、安全性的標準要求,LED照明燈具要全面創新,適應現代LED照明需求,開展智能控制系統應用將是照明的方向。另外,要重視LED燈具在非照明領域的應用。

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