LED成立手艺革命成败直击主流照明光源,高亮度

作者: 联系我们  发布:2019-09-22

由于LED背光市场的迅速兴起,LED的产能出现了严重的供不应求的问题。台湾作为全球仅次于日本与欧美的第三大led芯片生产地区,而晶元光电做为台湾最大的LED芯片生产厂家,他们将怎么应对LED背光这一巨大市场,怎么看待LED照明应用及技术革新的问题。日前笔者采访了晶元光电股份有限公司总经理周铭俊先生,了解到晶元光电最新发展动态以及他们对大陆投资的看法,下面是我们的采访内容:

高亮度LED主要分为红外光的GaAs体系和AlGaAs体系,红、橙、黄、绿色的AlGaInP体系,绿色和蓝色的InGaN体系,以及紫外光的GaN和AlGaN体系。目前InGaN体系的蓝光光效已经较高,再结合四元系的红黄光,已经开始广泛地应用于照明、背光、显示、交通指示灯等领域。紫外光LED有着广阔的市场应用前景,半导体紫外光源在照明、杀菌、医疗、印刷、生化检测、高密度的信息储存和保密通讯等领域具有重大应用价值。红外光LED主要包括峰值波长从850nm到940nm的红外LED,广泛应用于遥控器、驱动器、电脑鼠标、传感器、安全设备和显示器背光等领域,红外LED需求持续增长的驱动力主要来源于家用电器、安全系统和无线通讯产品等。

LED制造业正在面临着一场从借鉴吸收大规模集成电路行业发展经验的技术革命。这其中既充满着挑战,也带来了巨大的发展机遇。“照明是人类的一项基本需求。传统的白炽灯、金卤灯、荧光灯等已存在和发展多年,已高度成熟,无论从光效上还是成本方面,已无发展空间。而白炽灯作为低效率照明典型代表,被淘汰已是不可逆转的必然趋势。”科锐光电中国市场总经理唐国庆在3月16日的“LED照亮未来”国际研讨会上表示,“目前LED照明作为新型的固态照明光源,性能正在快速提升,而成本却不断在下降,这使得LED照明进入通用照明市场的步伐加快。”

笔者:LED背光液晶电视市场火爆,请问晶电是怎么应对这一高速增长的市场?

时时彩十大信誉网站,白光应用是蓝光LED芯片的重要市场,也是最为重要的发展方向,其采用蓝光芯片加YAG黄色荧光粉从而形成白光光源。目前,国际LED大厂在大功率蓝光芯片方面有着较为明显的优势,而国内LED芯片企业目前主要是在中小功率蓝光芯片方面有较大的发展,但由于前几年的过度投资引起了产能过剩,导致中小功率蓝光芯片市场出现了较为严重的“价格战”。对于蓝光LED芯片而言,主要的发展方向为硅基LED芯片、高压LED芯片、倒装LED芯片等。对于中小功率LED芯片市场而言,目前主流市场的趋势为0.2-0.5W市场,封装形式包括2835、5630以及COB封装等。对于其它细分领域,如垂直结构的芯片,封装后可以应用于指向性照明应用,如手电、矿灯、闪光灯、射灯等灯具产品中。

2011年“两会”期间投入使用的人民大会堂半导体照明应用节能示范项目第一阶段万人礼堂主席台等部分重点区域改造工程,主席台原来的1000W卤钨灯替换为160WLED灯。而来自于PHILIPSLumileds的亚太区市场总监周学军也表示,随着LED照明的Lm/$的不断降低,而光效却在不断提高,到2020年,LED照明将成为主流的照明光源。但是目前LED产业也面临着诸多的挑战,但是挑战的背后却是蕴含着许多的产业发展机会。LED制造行业可以借鉴大规模的集成电路半导体制造行业中很多经验和技术,可以说目前LED制造技术正在酝酿着一场技术革命。

周铭俊:其实,目前的LED背光液晶电视,背光模组等制造厂,LED芯片厂都在快速发展。未来几年的LED背光市场将连续三年逐年增长,平均每年增长10%左右。晶元光电主要从以下三个方面来解决这一高速增长的市场:

硅衬底LED芯片渐受关注

LED无论从外延制造、芯片制程、封装测试等都有很大发展和提升空间。台湾晶元光电作为台湾最大的LED专业制造商,在全球LED制造业中也占有非常重要的位置。晶元光电的总经理周铭俊则带来了振奋人心的好消息,晶元光电新推出的高压LED,从芯片设计的角度给LED照明提供一个更佳方案,尤其是蓝光和红光组合方案,使得LED可以实现光效、色温、显色性的完美统一。而晶科电子有限公司董事总经理肖国伟博士则表示,芯片光源技术的技术核心是大功率倒装芯片技术与大规模集成电路技术的结合,会进一步朝着HC-LED模组、调光、智能光方向发展,有着系统和完整的技术优势和发展路线。

首先是应用。我们主要以应用产品来分,如笔记本电脑,监视器,手机,照明等,LED背光电视与背光模组的公司在增加,客户也会增加很多,所以我们的产能要增加,但我们会根据公司LED芯片的产能来合理分配以上的各应用领域。

目前市场上主流的蓝光芯片一般都是在蓝宝石衬底上生长,其中以日本日亚公司为代表;此外还有一种蓝光芯片是在碳化硅衬底上生长,以美国科锐公司为代表。

Veeco大中华区总裁王克扬则在“LED照亮未来”国际研讨会上表示,“落实通用照明,须有效降低LED制造成本。有效控制外延成本,高产能的MOCVD必须能有多功能的生产方式。而Veeco新推出的MaxBright正是专为一般照明市场而设计的MOCVD设备。”

其次是对象。我们以前主要是以LED芯片封装厂为主要对象,但现在我们可能会以LED背光液晶电视,背光模组的生产厂家为客户群,当然,我们是不打算做LED封装,因为如果我们做封装,就会把以前的一些客户变为现在的竞争对手,相应的就会减少客户,会带来反面的效果。

近年来硅衬底上生长的蓝光LED芯片越来越受到人们的关注。硅衬底由于可以采用IC厂的自动生产线,比较容易采纳目前IC工厂的6寸和8寸线的成熟工艺,再加上大尺寸硅衬底成本相对低廉,因而未来硅衬底LED芯片的成本预期会大幅度下降,也可促进半导体照明的快速渗透。硅基LED芯片在特性有下列特点:

针对LED性能提升和成本降低的迫切需求,半导体设备专业制造商KLA-Tencor、DISCO、EVGroup则从服务于大规模集成电路制造业获得的经验中,推出了专门用于LED制造的检测、制造设备。

最后就是客户。晶电首先会对市场做详细分析,认清客户群,针对不同的客户来确认产能。以LED应用的增长来计划扩产,以客户与对象来确定我们LED芯片的产能。

●垂直结构,采用银反射镜镜,可使电流分布更均匀,从而实现大电流驱动;

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笔者:LED要广泛应用于照明,多数意见是光效要达到150lm/W,请问目前晶电的大功率LED芯片的光效能达到多少?LED光效主要与哪些因素相关?

●硅衬底散热性好,有利于芯片的散热;

周铭俊:的确,业界大多数意见是认为LED光效达150lm/W是一个发展的阶段,但是LED光效不是LED照明广泛推广的唯一因素,如目前LED的驱动,灯具散热,二次光学设计等问题比LED的光效更需要加速解决。目前晶电的芯片在实验室研究的LED光效达100至110lm/W,现在量产的芯片在显色指数Ra为70左右时,光效可达80至90lm/W。

●具有朗伯发光形貌,出光均匀,容易进行二次光学;

LED光效主要与两方面有关:一是内部量子效率,晶电目前与国外先进水平还有20%的差距,这也是我们未来重点的发展方向;二是外部效率,这个我们与国外基本没有差距,因为这是与电流的密度相关,只要改变电流的密度,就可以提高光效

●适于陶瓷基板封装;

笔者:请问目前晶电生产的LED芯片的大小主要为多少,怎么看待4寸与6寸LED外延生长片?

●适合于LED闪光灯和方向性较强的照明应用,可应用于室内、室外和便携式照明市场。

周铭俊:目前晶电主要还是以2寸的外延生长片为主,4寸的外延生长片也在试产,但是现在4寸外延片的价格还是过高,单位面积的外延片比2寸的要贵,6寸外延片的就更贵了,性价比不高。现在的大尺寸外延片还面临两个大的问题,首先是单位面积的价格过高,这需要相关企业来一起解决,还有就是芯片制造的工艺流程也不同,4寸外延片比2寸的只高一些,通过较小改动就可以试产,但是6寸的与2寸的就相差较远了,需要更换相关的设备,而且设备的更新投资也大,所以目前并不太看好过在尺寸的外延生长片。

在硅基LED芯片的开发上,晶能光电在2009年就曾推出小功率硅基LED芯片,被广泛地应用于数码显示领域。2012年6月晶能光电在广州发布了新一代大功率硅基LED芯片产品,引起了国内外LED产业界的高度关注,推出了包括28mil、35mil、45mil和55mil在内的四款硅基大功率LED芯片,其中45mil芯片达到了120lm/w的光效,并在年底达到了130lm/w,且可靠性良好。硅基LED芯片陶瓷封装后,与国际知名的产品相比,具有良好的性价比,引起了国内外封装厂和LED灯具厂的极大兴趣。据报道夏普和普瑞也宣布于2012年底实现了硅衬底白光芯片的量产,推出了两款白光芯片;另外,包括三星、欧司朗、晶电等大厂也正积极从事于硅基LED芯片的研究。

笔者:请问晶电是怎么解决红,绿,黄LED的温度、寿命、色衰与发光波长偏移量的问题?

LED市场正处于高速发展的阶段,LED芯片成本的进一步下降将促进半导体照明走入全家万户。由于硅衬底具有成本低、IC厂制造工艺成熟等特点,随着6-12寸大尺寸硅基LED技术的不断发展,硅基LED技术将在降低成本和提高生产效率方面具有巨大的优势,这对于LED产业会产生重大影响。

周铭俊:绿光是氮化物产品,它的色衰基本上现在是可以解决的。但是红色与黄色LED对于温度很敏感,它在25度时为正常的100%色彩,但是在80度时就会衰减到50%,这是材料、物理量的问题,目前没有办法解决。但是我们可以通过其他的方式来解决,如在RGB上改变电流,通过反馈来增加电流,但是光效、寿命就会有所降低,还有红黄光的正相电压是在2V左右,其他都是3V左右,这个对于调光也有一定影响;另外就是用蓝光与红黄荧光粉合成解决,但是因为荧光粉的色域频谱很宽,所以生产来出来的LED芯片的发光波长就会不同,对于普通的车灯影响不大,可用在交通信号灯上就不行。总体来说无论哪种方式来处理,都是各有优缺点,主要是看是否适合自己。

高亮度芯片面临的发展瓶颈

笔者:中国大陆积极布局LED路灯,请问晶电有计划投资大陆市场吗?

当前,半导体照明市场的进一步发展要求蓝光LED芯片的光效要不断提升,成本要不断下降。目前科锐基于碳化硅的LED芯片已经实现了200lm/w光效产品的量产,研发水平光效可以达到276lm/w。在LED芯片成本下降和光效提升的这一竞赛中,目前正遇到以下几个发展瓶颈。

周铭俊:晶元光电也非常看重这一次机会,我们在厦门投资的晶宇光电去年就已经投产,以生产四元蓝光LED芯片为主,但是产量还有待提高。目前大陆也有很多城市在与我们恰谈,我们也有建厂小组在做评估,暂时还没有具体计划,在2010年到2011年新厂可能会成立。届时LED背光市场正好在最高点,我们的产能将很好的满足这一需求。

第一是蓝光芯片存在的Droop效应。在大电流密度条件下,发光二极管的外量子效率会下降,有试验表明Droop效应是由包括俄歇效应在内的多种原因引起,这个效应限制了蓝光芯片在大电流密度下的使用,从而阻碍了流明成本的下降。

笔者:我们听说贵公司LED芯片尤其是蓝光芯片接近满载,很多厂商也在积极扩充产能,能否谈谈目前贵公司产能运转情况,是否有扩产?未来如果扩产是否行业会出现芯片供过于求的现象。

第二是绿色能隙和红色能隙。当波长从蓝光进入到绿光波段时,LED的量子效率会下降,如530nm的绿光量子效率下降很快;对于红光而言,在深红色光谱中内部量子效率可以达到100%,但对理想白光光源中的橘红色发光波长而言,其效率迅速下降。这些效应限制了绿光和红光芯片的光效提升,延缓了未来的高质量白光的产生。另外,绿光及黄光LED效率也受到本身极化场的冲击,而这个效应会随着更高的铟原子浓度而变得更强。

周铭俊:由于LED背光液晶电视的兴起,我们的蓝光芯片接近满载,我们的确在想扩产,但扩产一定要有合理的依据,否则就会有危险,像LED背光液晶电视的增长是否存在一定的变数就是一个关键。在电视背光市场,三星等大厂都有自己的产能,晶电目前就是要做他们最大的外部供应商,不管他们自己的产能有多大,只要我们有好的产品,好的性价比,做他们最大的外部供应商就可以了。

第三是外延的异质生长问题。由于外延生长时晶体中存在缺陷,形成大的位错密度和缺陷,从而导致光效下降和寿命下降。目前蓝光芯片无论是碳化硅、蓝宝石、硅衬底技术都是异质外延,在衬底和外延晶体之间存在晶格失配导致位错,同时由于热膨胀系数的差别在外延生长后的降温过程中产生热应力,导致外延层出现缺陷、裂纹、晶片弯曲等。衬底的质量直接影响着外延层的晶体质量,从而影响光效和寿命。如果采用GaN同质衬底进行外延生长,利用非极性技术,可最大限度地减少活性层的缺陷,使得LED芯片的电流密度比传统芯片高5-10倍,大幅提高发光效率。据报道首尔半导体采用同质衬底开发的nPola新产品,与目前的LED相比,在相同面积上的亮度高出了5倍,但GaN同质衬底对于LED而言仍过于昂贵。

另外,从短期来看,2009年到2012年晶电将以中小功率LED芯片为主,以LED背光应用为主要发展方向,但从长期发展,也就是从2012年起我们会转向大功率照明领域。不管未来出现什么情况,只要我们以应用与客户为导向,就不害怕供过于求的情况出现。

总体而言,在蓝光LED芯片的未来发展上,倒装芯片、高压芯片、硅基芯片等都是未来的主要发展趋势。倒装芯片由于散热好可以增大注入电流,不用打线可以提升产品在应用过程中的可靠性;高压LED芯片由于可以更加匹配供电电压能够提高电源转换效率,再加上定制的IC电源,最适合于LED球泡灯;硅基LED芯片由于可以在6寸或者8寸的硅衬底上进行外延生长,可以大幅度降低LED的成本,从而加速半导体照明应用时代的来临。对于其它颜色而言,红光LED芯片和绿光LED芯片的光效都还有很大的提升空间,随着红光和绿光LED芯片光效进一步的提升,未来白光不一定就是目前的蓝光LED芯片加黄色荧光粉的形式,也可能是RGB或其它的形式,未来白光的封装方式也可能会发生很大的变化。

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