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LED應用技術發展中十大熱點論述

編輯:天津普利茲數字科技有限公司   字號:
摘要:LED應用技術發展中十大熱點論述

內LED產值增長快 技術發展水平一般

目前,國內外LED產業技術發展有哪些新變化和新特點?

就2013年全球LED產值來看,日本、韓國、我國台灣、我國大陸各占20%左右。應該說,國內LED產值增長很快。但相對來說,在國內產值迅速增長的同時,LED技術發展水平卻比較一般。反之,國外LED產值增長一般,技術發展卻很快。

LED的主要技術指標是發光效率。據報道,世界上幾個主要企業的LED封裝實驗室水平均已超過200lm/w,其中美國Cree公司的實驗室水平達到303lm/w。我們知道,美國SSL計劃的產業化目標是把LED的發光效率提高到250lm/w,並把價格降低至0.5美元/klm.而其目前產業化水平為120lm/w~150lm/w,價格約為3美元/klm。

就LED照明整燈水平來看,Cree、飛利浦等企業的產品已經超過200lm/w,歐司朗直管燈產品據報道已達215lm/w。但是,目前國內的產業化水平還隻有100lm/w~130lm/w,當然,價格水平也相對較低。

產業鏈上遊不斷突破 LED封裝日趨多元

上遊是LED產業鏈的核心技術所在,目前核心技術有哪些新的進展?

LED業界知名專家、工信部半導體照明技術標準工作組副組長彭萬華回答:的確,產業鏈上遊是LED的核心技術所在,一般來說,包括襯底、外延、芯片3個環節。首先來看襯底,目前研發的關鍵問題是晶格匹配和熱匹配問題。在襯底上外延生長GaN,目前主要以藍寶石(α-Al2O3)、SiC、Si這3種為主,有2英寸、4英寸、6英寸的圓片和8英寸Si圓片。有專家預測,2015年將是藍寶石、Si、GaN同質外延襯底三分天下的時期,而2016年將以6英寸圓片為主。

同時,為了生長更高質量的GaN晶體,減少缺陷、位錯,並進一步降低成本,業界正致力於新襯底的研究開發,比如8英寸Si襯底、低溫生長GaN同質襯底、半極性和非極性襯底、介質複合襯底、稀土氧化物REO複合襯底、β-Ga2O3氧化镓襯底等。

其次是外延,在襯底上外延生長GaN、InGaAlP等很多層外延,形成P-N結的多量子阱結構,主要目標是提高內量子效率。目前內量子效率已經達到60%左右,最終目標是要達到90%以上。

為了提高內量子效率及減少Droop效應,一批新的外延技術也誕生了,如GaN同質外延、8英寸Si基上外延、半極性非極性襯底上外延、偏移外延生長、單芯片多色光(R、G、B)外延、複合襯底上外延等。

最後是芯片,目前的主要目標是提高外量子效率,即芯片的取光效率。不讓光子在晶體內多次反射被吸收,要在底部反射麵及出光麵采用各種表麵處理技術。

如果按出光麵和尺寸大小來區分,LED芯片可分為多種不同的產品形式,最主要的有3種,包括正裝、倒裝、垂直結構(含薄膜結構)。按功率來區分的話,小功率芯片一般小於100mw,中功率芯片一般為幾百mw,大功率芯片一般在1w以上。

當然,隨著技術的發展,也出現了其他的結構形式,比如6麵出光的芯片結構,Cree公司專有的DA芯片結構(在SiC襯底上生長GaN,並刻有V形槽,目前世界上的最高水平就是這種結構形式),單芯片多色光(R、G、B)組合成白光、高壓芯片等。

如何看待LED封裝形式日趨多元化這一現象?

據彭萬華教授指出,LED封裝的結構形式目前已達100多種,但不管是Lamp、SMT、COB、PLCC,還是大功率封裝(CSP)、模塊化封裝等,其技術發展的原則都是要緊跟LED應用產品的發展需求。萬變不離其宗,LED封裝技術的基本內容就是提高出光效率,提高光色質量,提高可靠性和產品性價比(降低成本)。

如果對這些封裝新結構、新技術進行總結,那麽COB集成封裝、LED晶圓級封裝、COF集成封裝、LED模塊化集成封裝、覆晶封裝技術、免封裝芯片技術等都屬於LED光集成封裝技術。其他封裝結構形式也各具特色,比如EMC封裝結構(嵌入式)、EMC封裝技術(塑料支架式)、COG封裝(玻璃基板)、QFN封裝技術(小間距像素單元)、3D封裝技術、功率框架封裝技術等。

應用集中於三大領域 技術聚焦十大熱點

產業鏈各環節的技術創新終究還是為應用服務,當前LED應用技術發展聚焦於哪些熱點?

彭萬華指出,目前看來,LED的應用還是集中在三大方麵:首當其衝就是照明,包括室內照明、室外照明、功能性照明、景觀照明、舞台照明等,但當下仍然以替代白熾燈和節能燈為主;其次是顯示,包括LED顯示屏、小間距顯示屏、背光源(IGZO采用小功率LED)等;最後是非視覺照明,如生態農業、醫療保健等。這些都具有很好的發展前景。

結合以上應用,LED應用技術發展可以歸納為十大熱點問題。

一、是LED光源及燈具的總能效。總能效=內量子效率×芯片取光效率×封裝出光效率×熒光粉激發效率×電源效率×燈具效率。目前這個值連30%還不到,而我們的目標是要使其大於50%。

二、是光源的舒適度。具體包括色溫、亮度、顯色性、色容差(色溫一致性及色漂移)、眩光、無閃爍等,但這尚未有統一的標準。

三、是LED光源及燈具的可靠性。主要是壽命及穩定性問題,要從各個環節確保產品的可靠性,才能達到2萬~3萬個小時的使用壽命。

四、是LED光源的模塊化。LED光源係統集成封裝的模塊化是半導體照明光源的發展方向,要重點解決的是光組件接口及驅動電源問題。

五、是LED光源的安全性。要解決光生物安全、超亮、光閃爍等問題,特別是頻閃問題。

六、是現代LED照明。LED照明光源及燈具要簡潔、美觀、實用,采用數字化、智能化技術,讓LED照明環境更舒適,更符合個性化需求。

七、是智能照明。結合通信、傳感、雲計算、物聯網等手段,對LED照明進行有效控製,實現照明多功能化和節能化,提高照明環境的舒適度。這也是LED應用的主要發展方向。

八、是非視覺照明應用。在這一LED應用新領域,有人預測,其市場規模有望超過千億元。其中,生態農業包括植物育苗、生長、畜禽養殖、防治害蟲等;醫療保健包括治療某些疾病、改善睡眠環境、保健功能、殺菌功能、消毒、淨化水等。

九、是小間距顯示屏。目前其像素單元為1mm左右,並在發展P0.8mm~0.6mm產品,可廣泛應用於高清及3D顯示屏,如投影儀、指揮、調度、監控、大屏幕電視等。

十、是降低成本,提高性價比。前麵提到,LED產品的目標價格是0.5美元/klm,因此要在LED產業鏈的各個環節,包括襯底、外延、芯片、封裝、應用設計等方麵,都采用新技術、新工藝、新材料,使成本不斷下降,提高性價比。這樣才能最終為人們提供節能、環保、健康、舒適的LED照明環境。

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