訪工信部半導體照明技術標準工作組副組長彭萬華:

在產業鏈各環節技術水平快速進步的推動下國內LED產業全面向好市場呈現一片繁榮景象但是在新技術層出不窮的背景下企業如何才能少走彎路把有限的技術研發力量投入到合適的技術路線上?為此《中國電子報》記者近日采訪了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為業界梳理當前LED產業技術發展脈絡

國內LED產值增長快 技術發展水平一般

記者目前國內外LED產業技術發展有哪些新變化和新特點?

彭萬華就2013年全球LED產值來看日本韓國我國中國臺灣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并把價格降低至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只有100lm/w～130lm/w當然價格水平也相對較低

產業鏈上游不斷突破

LED封裝日趨多元

記者上游是LED產業鏈的核心技術所在目前核心技術有哪些新的進展?

彭萬華的確產業鏈上游是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并進一步降低成本業界正致力于新襯底的研究開發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介質復合襯底稀土氧化物REO復合襯底β-Ga2O3氧化鎵襯底等

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復合襯底上外延等

最后是芯片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要在底部反射面及出光面采用各種表面處理技術

如果按出光面和尺寸大小來區分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小功率芯片一般小于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面出光的芯片結構Cree公司專有的DA芯片結構在SiC襯底上生長GaN并刻有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

記者如何看待LED封裝形式日趨多元化這一現象?

彭萬華據我所知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那么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于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

應用集中于三大領域

技術聚焦十大熱點

記者產業鏈各環節的技術創新終究還是為應用服務當前LED應用技術發展聚焦于哪些熱點?

彭萬華目前看來LED的應用還是集中在三大方面首當其沖就是照明包括室內照明室外照明功能性照明景觀照明舞臺照明等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;最后是非視覺照明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我認為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于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光源系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云計算物聯網等手段對LED照明進行有效控制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凈化水等

九是小間距顯示屏目前其像素單元為1mm左右并在發展P0.8mm～0.6mm產品可廣泛應用于高清及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前面提到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應用設計等方面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