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LED高能效高质量低成本亟需综合解决方案

发布时间:2019-08-15 16:40:45 编辑:笔名

  当前产业的技术发展目标是彻底解决 两高一低 的技术问题,即高能效、高质量(含光色质量和可靠性)、低成本的技术。只有很好地解决这些技术问题,才能为人们提供节能、环保、健康、舒适的照明环境。解决 两高一低 的技术问题,应从产业链的主要部分,即衬底、外延、芯片、封装和应用等方面提出解决方案。

  衬底、外延、芯片技术不断突破

  全球外延、芯片企业有142家,我国投产36家,筹建25家。全球现有MOCVD约2800台,我国有700多台,投产400台左右。2011年全球芯片产量820亿只,2012年预计将达950亿只,芯片产能过剩35%。目前,白光的实验室光效可达254 lm/W,产业化为140~150 lm/W,最近Cree推出了160lm/W的产品。同时,蓝光光效达到300lm/W,红光光效达240 lm/W,绿光光效达160lm/W。

  图形化衬底(定向、纳米)和半极性、非极性衬底方面,通过改进工艺、简化流程、节省原料、降低成本等取得了很好的成果;同质外延方面,可采用多种方法生产GaN衬底,并在GaN衬底上生长GaN的,极大减少了MO源和高纯气体用量,有人预测可降低成本50%。

  在8英寸的Si衬底上生长GaN,全球有多家公司已投入研发,由于可用现有多余的生产设备、简化工艺流程,将大幅度降低成本。同时,Aixtron推出以Si为衬底的外延炉,可严格控制弯曲度,均匀一致生产。这无疑将推动在8英寸的Si衬底上生长外延的进程,并可大幅度降低成本。

  日本碍子公司的新外延技术由于大量减少位错密度,极大提高了LED性能指标,取得了突破性进展。

  在芯片结构方面,已出现多种新结构,较典型的是六面体发光芯片,并采用多面表面粗化技术,减少界面反射,提高光萃取率,从而提高外量子效率。三星公司采用纳米级的六角棱锥结构技术做出的LED,可实现半极性、非极性生长GaN,散热好、晶体质量好,实现了多色光的白光LED,取得突破性进展。

  据有关报道,综合来看,许多外延、芯片的重大技术创新,大部分是针对提高性能和降低成本的关键技术问题,所以有机构专家分析预测,未来10年外延成本将以每年25%的速率降低。

  综上,由于GaN外延、芯片技术的不断突破,采用不同衬底、新结构和纳米级技术等,可生长低位错的GaN,并做出高光效LED。在没有波长转换时,其光效可超过300lm/W(理论值可达400lm/W);采用荧光粉波长转换时,光效可超过200lm/W(理论值可达263lm/W),还可开拓单芯片发多色的新技术路线。同时,采用新技术和大圆片技术生长外延,可大幅度降低外延、芯片的制作成本。

  模块化标准封装成发展方向

  我国技术近几年取得很大进展,总体封装水平与国外相差很小,甚至相当,但关键封装材料还要进口。2011年,全球封装器件产值为125亿美元,增长率为9.8%,另有报道产值为112亿美元和137.8亿美元,但是由于这些机构对中国封装产业估算不足(小于10亿美元),所以全球封装产值实际应该是160亿美元左右。世界排名前十的封装企业为日亚、三星、、LG、、科锐、飞利浦、夏普、、亿光等,占全球市场68%。我国封装器件产值约250亿元,产值在1亿元以上的企业超过40家,器件光效为120~130lm/W,采用进口芯片,可达140~150lm/W。

  为提高出光效率、封装可靠性及降低成本,业界采用SMC复合材料、DMS高导材料、各种陶瓷材料、荧光粉涂覆工艺以及新的封装结构等,均取得很大进展。

  新型荧光粉、石墨烯散热、量子点等新技术不断涌现。我国自主创新的多种COB新结构具有很多优点,并可降低10%~30%的成本。目前,COB光效已可达130~150lm/W。

  同时,将芯片、驱动、控制部分、散热、零件等封装在一起形成模块,进行标准化生产的模块化标准封装成为半导体照明光源的发展方向。Zhaga联盟已为此制定十多项标准草案,主要是光引擎界面接口标准,包含物理尺寸、光学、电气和热特性等。

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