在LED市場供過于求與景氣度不佳的背景下UVLED與紅外線車用照明被視為當下最有潛力的高毛利細分市場成為廠商為爭取獲利空間積極布局的新應用領域

相對于已陷入紅海競爭的白光LEDUVLED市場可謂一片藍海前景不可估量但由于UVLED技術門檻高芯片與封裝技術還不夠成熟商業模式尚在摸索中導致其產業化進程相對緩慢

隨著國家對UVLED的政策扶持力度加大市場需求量不斷增加一旦UVLED產業鏈芯片及封裝技術實現突破性進展大多數企業將蜂擁而入推動產業化快速發展

高效率芯片是量產關鍵

高效率芯片的研發進展或將成為UVLED市場實現增長的關鍵將直接影響UVLED的普及率

紫外線殺菌的有效波長范圍可分為四個不同波段UV-A400-315nmUV-B315-280nmUV-C280-200nm和真空紫外線200-100nm真正具有殺菌作用的是UV-C紫外線因為它很易被生物體的DNA吸收尤其以253.7nm左右的LED紫外線為最佳UVLED目前尚未在凈化及消毒用途領域普及的原因在于UV-C達不到足夠的效率

現階段90%紫外LED應用市場主要集中在365-405nm波段多用于固化紫外LED對膠水的固化效果是由光引發劑材料的吸收率決定的對大多數光引發劑材料來說越短吸收率越高波長要短于405nm才有較高的吸收率從這個角度來說理論上用于固化的紫外LED應該盡量采用短波長的LED

然而實際上由于UV-A可以采用氮化鎵GaN和發光效率高的銦鎵氮InGaN而UV-B和UV-C的結構都采用難以生長和發光效率低的鋁鎵氮AlGaN材料不能用氮化鎵和銦鎵氮材料因為這兩種材料會吸收紫外光會導致UV-B和UV-C的發光效率低很多本來UV-B和UV-C波段的LED發光效率只是UV-A的10%-20%綜上所述紫外LED采用較長波長的LED固化效果可能會更好

雖然波長越短的紫外LED發光效率越低但價格卻越貴隨著波長由365nm向280nm逐漸縮短制備難度不斷提高現在UV-BUV-CLED價格約是UV-ALED價格的10倍UV-A中主要應用的365nm波長LED價格是另一主要應用波長385-405nmLED的2-3倍

提高內部量子效率量子注入效率及光提取效率可將倒裝芯片構造及光電子學構造等效率提高技術直接用于UVLED但UVLED存在源于In/AlGaN外延層的固有課題需要從基板和結晶生長的層面推進研發專門解決這一課題

要解決這一問題UVLED外延層的生長機制需要企業持續投入因為它比生長普通藍光外延復雜得多傳統MOCVD不適合其生長因此需要了解其生長機制后向MOCVD企業訂制設備或者自主研發MOCVD設備

受現階段紫外LED的技術限制紫外波段選取的芯片波長越長越好首先紫外芯片波長越長芯片本身的外部量子效率越高如日本三菱電線工業與Stanley電氣以及山口大學共同發布的數據顯示波長400nm的外部量子效率是380nm的近2倍其次使用的紫外芯片波長越長越有利于提高熒光體的RGB轉換效率因為紫外激發波長越大RGB各自的波長與紫外光之間的波長差距較小波長差距越大波長轉換前后的光能量差也就越大這一能量差將轉換成熱量最終會減少轉換成光的能量然后紫外波長越短其對封裝材料的要求越高泄露的紫外光對環境的危害越大不利于達到環保的標準最后目前制備近紫外芯片的技術比制備紫外和深紫外芯片的技術成熟芯片成本也會低很多

封裝技術尚不成熟

與芯片一樣UVLED的封裝技術也還不成熟能實現對UVLED進行無機封裝的方式很少封裝技術稍顯落后因此尋求一種穩定可靠的封裝方式變得非常迫切

目前國內對UVLED芯片封裝仍沿用白光LED的封裝方式能在一定程度上滿足對可靠性要求低的市場需求由于幾乎所有白光LED封裝都不同程度采用了樹脂一類的有機材料因此UVLED封裝過程中會出現以下三方面的問題

第一紫外光輻射加速有機材料氧化降低產品使用壽命特別針對365nm以下的波段可見光LED封裝方式無法滿足其要求因為隨著波段變短輻射能量變強采用有機類的樹脂材料耐紫外性能急劇下降影響UVLED的壽命和穩定性

第二熱應力導致失效事實上主要采用傳統的可見光封裝方式必然存在著有機和無機的兩個界面物質在熱學效應上無機物質比有機物質的熱膨脹系數要小很多因此必然導致熱應力拉扯的問題致使產品失效

第三濕應力及雜質侵入導致失效硅膠或硅樹脂在不同程度上有一個透氧透濕性在產生開關瞬間因水汽蒸發而產生作用力導致失效另外由于透氧透濕性的存在不可避免其他雜質的侵入產生失效

為解決上述問題一些國外UVLED制造商推出了采用玻璃封裝的UVLED在封裝結構中始終無法避免采用有機填充材料或者有機粘結材料只能盡量做到少用有機類封裝材料進而減少因有機材料導致的衰減問題濕熱應力導致失效的問題

顯然有機材料是影響UVLED壽命和穩定性的關鍵它使得器件無法實現氣密性的封裝導致LED信賴性中冷熱循環實驗中存在巨大風險采用類似激光器的TO方式對UV-CLED進行封裝能夠避免使用有機材料進行封裝其工藝已經相當成熟在穩定性方面表現也相當突出而能適應SMTSurfaceMountTechnology工藝的SMDSurfaceMountedDevices的封裝方式暫時尚未成熟其可靠性的和應用還有待進一步開發

成本制約市場推廣

現階段UVLED處于高毛利市場國內外一些大廠逐漸開始布局但相對于競爭白熱化的LED照明領域進入UVLED的企業屈指可數如杰生電氣旭明LEDSEMILED及日本韓國美國的企業

作為未來幾年最有前景的細分市場之一UVLED被各大廠商紛紛看好但現在仍處于市場培育階段由于技術與價格都尚未到大規模切入市場的時機大多數廠家仍然保持觀望隨著市場需求的擴大將有更多企業參與UVLED市場競爭

較高的技術門檻和稀缺的設備使UVLED企業一直處于投入狀態

UVLED照明產品要想得到大規模推廣和應用必須要解決成本高發光效率低和知識產權弱三大問題

目前UVLED價格居高不小主要是物以稀為貴芯片及封裝技術不夠成熟同時訂制MOCVD設備造成成本上漲而UVLED外延片的產量及良品率也成了制約成本下降的關鍵因素藍光外延一爐100多片UVLED做不到但青島杰生電氣有限公司副總經理武帥博士認為當市場需求大時價格自然會降下來

顯然任何一個產業前期降低成本最有效的方法是提高技術近期日本立命館大學研究人員開發出一種低成本高效制作深紫外線LED技術利用廉價的硅酮取代藍寶石作為基板制作深紫外線LED光源可大幅度削減成本

過去的工藝中為了讓電流通過需要剝離基板上的一部分絕緣層新方法是在硅酮基板上附著一層氮化鋁作為絕緣體然后在上面開出多個微孔讓電流通過這樣做無需剝離絕緣層大幅縮短了工序以前需要5天的制作工作可以縮短到1天而且避免了剝離絕緣層時對LED的損傷發光效率也得到提高

同時我國UVLED照明的發展進程中要吸取LED產業發展的經驗教訓在產業布局市場準入非關稅性貿易壁壘等方面加強前期的研究和準備特別是知識產權問題減少日后激烈的技術與市場競爭中的專利風險

現在UVLED仍處于發展初期國內僅有杰生電氣等少數企業進入但隨著技術與價格大規模切入市場時機的到來UVLED將與LED照明發展一樣吸引各路資金投入涌現規模化發展熱潮或進一步引發市場格局變化