LED產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用市場

當(dāng)前半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的技術(shù)發(fā)展目標是徹底解決“兩高一低”的技術(shù)問題，即高能效、高質(zhì)量(含光色質(zhì)量和可靠性)、低成本的技術(shù)。只有很好地解決這些技術(shù)問題，才能為人們提供節(jié)能、環(huán)保、健康、舒適的照明環(huán)境。解決"兩高一低"的技術(shù)問題，應(yīng)從產(chǎn)業(yè)鏈的主要部分，即襯底、外延、芯片、封裝和應(yīng)用等方面提出解決方案。

襯底、外延、芯片技術(shù)不斷突破

全球外延、芯片企業(yè)有142家，我國投產(chǎn)36家，籌建25家。全球現(xiàn)有MOCVD約2800臺，我國有700多臺，投產(chǎn)400臺左右。2011年全球芯片產(chǎn)量820億只，2012年預(yù)計將達950億只，芯片產(chǎn)能過剩35%。目前，白光的實驗室光效可達254 lm/W，產(chǎn)業(yè)化為140～150 lm/W，最近Cree推出了160lm/W的產(chǎn)品。同時，藍光光效達到300lm/W，紅光光效達240 lm/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(jié)省原料、降低成本等取得了很好的成果；同質(zhì)外延方面，可采用多種方法生產(chǎn)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(yù)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(fā)，由于可用現(xiàn)有多余的生產(chǎn)設(shè)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(chǎn)。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。

日本礙子公司的新外延技術(shù)由于大量減少位錯密度，極大提高了LED性能指標，取得了突破性進展。

在芯片結(jié)構(gòu)方面，已出現(xiàn)多種新結(jié)構(gòu)，較典型的是六面體發(fā)光芯片，并采用多面表面粗化技術(shù)，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(jié)構(gòu)技術(shù)做出的LED，可實現(xiàn)半極性、非極性生長GaN，散熱好、晶體質(zhì)量好，實現(xiàn)了多色光的白光LED，取得突破性進展。

據(jù)有關(guān)報道，綜合來看，許多外延、芯片的重大技術(shù)創(chuàng)新，大部分是針對提高性能和降低成本的關(guān)鍵技術(shù)問題，所以有機構(gòu)專家分析預(yù)測，未來10年外延成本將以每年25%的速率降低。

綜上，由于GaN外延、芯片技術(shù)的不斷突破，采用不同襯底、新結(jié)構(gòu)和納米級技術(shù)等，可生長低位錯的GaN，并做出高光效LED。在沒有波長轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換時，光效可超過200lm/W(理論值可達263lm/W)，還可開拓單芯片發(fā)多色的新技術(shù)路線。同時，采用新技術(shù)和大圓片技術(shù)生長外延，可大幅度降低外延、芯片的制作成本。

模塊化標準封裝成發(fā)展方向

我國LED封裝技術(shù)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(dāng)，但關(guān)鍵封裝材料還要進口。2011年，全球封裝器件產(chǎn)值為125億美元，增長率為9.8%，另有報道產(chǎn)值為112億美元和137.8億美元，但是由于這些機構(gòu)對中國封裝產(chǎn)業(yè)估算不足（小于10億美元），所以全球封裝產(chǎn)值實際應(yīng)該是160億美元左右。世界排名前十的封裝企業(yè)為日亞、三星、歐司朗、LG、首爾半導(dǎo)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(chǎn)值約250億元，產(chǎn)值在1億元以上的企業(yè)超過40家，器件光效為120～130lm/W，采用進口芯片，可達140～150lm/W。

為提高出光效率、封裝可靠性及降低成本，業(yè)界采用SMC復(fù)合材料、DMS高導(dǎo)材料、各種陶瓷材料、熒光粉涂覆工藝以及新的封裝結(jié)構(gòu)等，均取得很大進展。

新型熒光粉、石墨烯散熱、量子點等新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。我國自主創(chuàng)新的多種COB新結(jié)構(gòu)具有很多優(yōu)點，并可降低10%～30%的成本。目前，COB光效已可達130～150lm/W。

同時，將芯片、驅(qū)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(chǎn)的模塊化標準封裝LED產(chǎn)品成為半導(dǎo)體照明光源的發(fā)展方向。Zhaga聯(lián)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(xué)、電氣和熱特性等。

有專家預(yù)測，由于采用直接共晶焊接和模塊化標準封裝技術(shù)，再過5～10年，將不再需要LED封裝企業(yè)專門封裝LED照明器件，而是由照明企業(yè)一起封裝及組裝。

據(jù)有關(guān)報道，由于外延、芯片大幅度降低成本，封裝采用新技術(shù)，也會進一步降低成本。所以有機構(gòu)預(yù)測，近幾年LED器件價格將以平均20%的速率降低。

綜上，封裝技術(shù)采用新結(jié)構(gòu)、新工藝和納米級技術(shù)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(shù)，在照明領(lǐng)域采用模塊化封裝，不需要對LED單獨封裝，不同應(yīng)用場合可能采用不同封裝技術(shù)的產(chǎn)品。因此器件成本將大幅度下降，企業(yè)要有承受能力。

照明應(yīng)用市場前景看好

隨著LED性能的不斷提高，LED照明應(yīng)用的范圍不斷拓展，促進了半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。2012年全球照明總產(chǎn)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(chǎn)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(xiàn)總能效達50%以上，需解決的技術(shù)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