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盤點2012年LED照明技術十大關鍵字

發布時間:2013-03-19

 關鍵字一:OLED

    OLED(Organic Light-emitting Diodes),中文名稱為有機發光二極管,是基於有機半導體材料的發光二極管。OLED由於具有全固態、主動發光、高對比、超薄、低功耗、無視角限製、響應速度快、工作溫度範圍寬、易於實現柔性和大麵積、功耗低等諸多優點。目前OLED已在手機終端等小尺寸顯示領域得到應用,在大尺寸電視和照明領域的發展潛力也得到業界的認可。OLED已經被視為21世紀最具前途的顯示和照明產品之一。

    而OLED,正是從2012年正式登上了照明的舞台,雖然目前隻是一個小角色,但是對LED有不小的替代威脅。

    在4月的法蘭克福展上, Philips首次展示出最新OLED技術的Lumiblade OLED GL350 麵板,每片GL 350 OLED麵板尺寸約155平方公分,亮度可達115LM。

    而在2012年5月8日-11日的美國拉斯維加斯照明展上,Philips再次展出了一個OLED鏡子的產品,它會自動感應人體的接近與否,自動把周圍的OLED光源模組做調整,中間變暗變成具備鏡子的效果。成功的將智慧燈具和OLED的概念整合在一起。

    作為全球照明市場領導品牌的Philips,押寶OLED的意味非常明顯。

    但是,OLED應用於照明領域,光效卻是一個不小的考驗。在顯示領域OLED亮度達到100~300cd/cm?就可以得到應用,然而在照明用途中,亮度至少要達到1000~3000cd/cm?。未來幾年,OLED與LED在照明領域的此消彼長的速率,將取決於OLED光效追趕的進度。

    關鍵字二:PSS

    PSS(Patterned Sapphire Substrate),也就是在藍寶石襯底上生長幹法刻蝕用掩膜,用標準的光刻製程將掩膜刻出圖形,利用ICP刻蝕技術刻蝕藍寶石,並去掉掩膜,再在其上生長GaN材料,使GaN材料的縱向發展變為橫向。一方麵可以有效減少GaN外延材料的位元錯密度,從而減小有源區的非輻射複合,提升內量子效率,減小反向漏電流,提高LED的壽命;另一方麵有源區發出的光,經GaN和藍寶石襯底接口多次散射,改變了全反射光的出射角,增加了倒裝LED的光從藍寶石襯底出射的幾率,從而提高了光的提取效率。

    因此,PSS一時間成為外延廠商爭相采用的提升亮度的主流技術,迅速的普及化,到2012年下半年PSS已經占到了全世界LED用藍寶石基板的近八成。

    而上半年的時候,藍寶石襯底平片價格跌入低穀,襯底廠商普遍的陷入虧損。而PSS因為市場需求強勁,一時間市場價格超過平片2倍以上,吸引藍寶石基板廠加碼部署,期望以此突破營收虧損的困境。然而隨著新增產能逐漸投入使用,PSS價格下降的速度也是驚人之快。

    而一些大廠此時已經考慮采用更為先進的nPSS技術,nPSS的pitch不到1um,亮度能比PSS再提升3%到10%。而壓印要比蝕刻的成本更低出1美金以上,穩定性及一致性表現也要好。期待靠PSS來拯救頹勢的襯底廠恐怕又一次要失望,不過技術進步的路徑誰又能猜得到?

    關鍵字三:非藍寶石襯底

    除開CREE成功的商業化SiC襯底之外,人們已經習慣了襯底材料就是藍寶石了。不過來到2012年,非藍寶石襯底方案第一次對藍寶石襯底的地位發起了有威脅的挑戰。

    最有威脅的挑戰無疑來自矽襯底,2012年1月12日,歐司朗宣傳在150mm的矽片上成功長出GaN的外延,切成1mm?在350mA下亮度可以達到140lm,該項目是德國聯邦教育和研究部資助的“矽上氮化镓”專案的一部分。

    而東芝的動作就更快一步,2012年12月中,原來並不涉足封裝的東芝直接開賣LED,而芯片正是采用與美國普瑞(BridgELux)合作的在8吋矽基板上生長的LED芯片.東芝共發布了四款現行產品的規格書,包括一款色溫3000K,一款色溫4000K及兩款色溫5000K的LED產品。其中在典型正向電壓為2.9V時,350mA驅動色溫5000K,顯色指數為70的型號為TL1F1-NW0的LED,光效達到110lm/W。

    中國廠商晶能光電經過多年在矽襯底領域的耕耘,在2012年推出的發光效率超過120lm/W矽基大功率LED芯片產品,這對渴望自主知識產權的國產芯片是一個極大的利好消息。

    在中國工信部公布的2012年第十二屆資訊產業重大技術發明評選結果中,晶能光電(江西)有限公司《矽襯底氮化镓基LED材料及大功率芯片技術》專案被評為資訊產業重大技術發明,並納入《電子資訊產業發展基金專案指南》,享受國家電子資訊產業發展基金專案資金扶持。

    而GaN基同質外延也並不示弱,在2012年7月3日,首爾半導體全球首次發布了“npola”,單顆亮度達到500lm,中村修二博士專程去首爾去為發布會站台。而中村博士參與創辦的SORAA公司更是以前瞻性的GaN-on-GaN LED技術獲得了美國DOE下屬的能源轉換機構ARPA-E(Advanced Research Projects Agency - Energy)的資助。

    而CREE在所謂SC?這種新一代技術平台下,連續推出多款刷新業界光效的量產LED產品,12月更推出XLamp係列MK-R在1W和25°C溫度的條件下,可提供高達200 lm/W的發光效率。再次提振SiC襯底LED在光效競賽中綜合實力排頭地位。

    非藍寶石襯底方案,不僅僅是一次次為產業界所共同關注,各國政府也都將之作為重要的基礎研究而納入政策視野,入選十大理所當然。

    關鍵字四:共晶技術

    另一項在2012年炙手可熱的封裝技術就是共晶。

    共晶是指在相對較低的溫度下共晶焊料發生共晶物熔合的現象,共晶合金直接從固態變到液態,而不經過塑性階段,是一個液態同時生成兩個固態的平衡反應。其熔化溫度稱共晶溫度。

    共晶焊接技術最關鍵是共晶材料的選擇及焊接溫度的控製。如采用共晶焊接,晶粒底部可以采用純錫(Sn)或金錫(Au-Sn)等合金作接觸麵鍍層,晶粒可焊接於鍍有金或銀的基板上。當基板被加熱至適合的共晶溫度時,金或銀元素滲透到金錫合金層,合金層成份的改變提高溶點,令共晶層固化並將LED緊固的焊於熱沉或基板上。共晶層和熱沉或基板完全的鍵合為一體,打破從芯片到基板的散熱係統中的熱瓶頸,提升LED壽命。

    雖然此前這項技術就被大廠所采用,不過通常的芯片結構因為是藍寶石襯底而不能適用共晶技術。但是到2012年伴隨非藍寶石襯底的芯片方案增多,另外加上采用藍寶石襯底的大功率芯片廠商推出了更多倒裝結構的芯片,使得共晶技術成為中國封裝廠商提升技術競爭力的選項。因而瑞豐,天電等不少廠商不惜重金購置昂貴的共晶固晶設備。

    關鍵字五:HV LED

    HV LED顧名思義就是高壓LED,與傳統DC LED相比,具有封裝成本低、暖白光效高、驅動電源效率高,線路損耗低等優勢。具體來說:

    1、HV LED直接在芯片級就實現了微晶粒的串並聯,使其在低電流高電壓下工作,將簡化芯片固晶、鍵合數量,封裝成本降低。

    2、HV芯片在單位麵積內形成多顆微晶粒集成,避免了芯片間BIN內如波長、電壓、亮度跨度帶來的一致性問題;

    3、HV LED芯片是在小電流下驅動的功率型芯片,可以與紅光LED芯片集成+黃色螢光粉形成暖白光,比傳統DC LED+紅色螢光粉+黃色螢光粉形成的暖白光出光效率高,並縮短了LED暖白與冷白封裝光效的差距,且更易實現光源的高顯指;

    4、HV LED由於自身工作電壓高,容易實現封裝成品工作電壓接近市電,提高了驅動電源的轉換效率;由於工作電流低,其在成品應用中的線路損耗也將明顯低於傳統DC 功率LED芯片。

    正是基於這樣的優點,芯片光電,三安光電不僅在小白光芯片領域酣戰淋漓,在HV LED領域也全麵開始較勁。芯片技術領先,早早已經開始向億光等廠商供貨,三安則在2012年9月6日的發布會上展示了光效達到95lm/W的HV芯片,向芯片叫板。至於首爾在AC LED概念推廣多年未見成效的情況下,欣然轉戰HV LED,並整合交流驅動IC,開發出發光效率達每瓦100流明的AC LED模組Acrich2。由此更引入下一個十大關鍵字,交流IC。

    關鍵字六:交流驅動IC

    首爾半導體的Acrich2係列推出,這個創造性設計搭載的IC即刻成為亮點,業內紛紛追蹤這顆IC的型號和廠家。

    雖然這顆IC的使用評價究竟如何還不得而知,不過正是在這種低價方案的支持下,木林森、長方照明紛紛推出了震動行業的低價方案。原來整個燈具中占有非常大比例的驅動電源被一顆IC取代。而這兩家的LED向來都是行業最低價,而電源所占成本比例較普通廠商更大,因此在引進這款IC上的動力也最大。木林森提出1美元球泡燈的概念,而長方直接把1.2m燈管的價格從上百元拉到了39元的“後50”時代。

    也因此筆者認為這款IC對LED行業的改變作用才剛剛開始發酵,如果更大範圍內的使用,而在安全性及功率因素方麵又不構成障礙的話,傳統的LED電源行業將會麵臨失去存在的價值,而燈具的設計也會因此變得更加簡單。當例如歐普這樣的傳統照明大廠都開始采用這種方案的時候,是抗拒還是順應這股潮流或許關係到未來幾年的存亡。

    關鍵字七:國產MOCVD

    而就在2012年最後一個月,天龍光電投資的中晟半導體,正泰集團旗下的理想能源紛紛下線國產MOCVD設備。此前受到低落市場環境衝擊偃旗息鼓的國產MOCVD又掀起一股熱潮。

    而對市場信心不足,中晟光電更強調在發布之前已經調試300爐次以上。而每爐可以承載2吋外延片60~80片。一時間,匿聲很久的國產MOCVD再次點燃市場的熱情。

    而據不完全統計,中國已經開發出和宣稱在研發MOCVD的公司和研究所多達20多家,熱鬧程度不低於外延芯片廠。

    對中國發展半導體照明產業的長期布局來說,擁有本土的MOCVD設備製造商或許是需要的,如果一個產業迅速發展,上遊關鍵設備卻完全依賴境外企業的話,免不了會落入大部分利潤被拿走的不利境地。

    在工信部發布的《高端裝備製造業“十二五”發展規劃》提出,到2015年,高端裝備製造業銷售收入超過6萬億元人民幣(下同),在裝備製造業中的占比提高到15%;到2020年,高端裝備製造產業銷售收入在裝備製造業中的占比提高到25%。科技部發布的《半導體照明產業“十二五”規劃》中也提出,到2015年,大型MOCVD裝備、關鍵原材料將實現國產化。

    這意味著現在做MOCVD可能得到來自政府的大量補貼,所以也不難理解這麽多企業以國產化為訴求進入這個行業。不過,前兩年外延廠商的瘋狂擴產,已經過度的透支了市場對MOCVD設備的需求,國產設備的前景究竟如何,還需要來自市場的檢驗。

    關鍵字八:MLCOB

    MLCOB(Multi lens chips on board)是在COB的結構的基礎上,直接為每一個單獨的LED芯片封裝一顆透鏡,避免了光線的全反射造成的光損失,同時又擁有COB的優勢和特點。

    MLCOB並不是一項革命性的技術,以筆者所見頂多算是一個小小的技術改良。不過在中國LED封裝產業逐漸做大但是卻沒有定義過一種封裝類型的情況下,MLCOB不妨看做是一種爭取定義權的一種努力。Lamp結構由日廠定義,SMD中日廠定義了3528,3020和sideview結構,台廠改進出了3014,而韓係則攜背光電視的出海口優勢定義了5630,大功率則由美商Lumileds和Cree定義,就連COB也是日廠西鐵城開的先河。

    而中國的封裝廠,為技術上的劣勢及生存和發展的壓力所致,基本的思路都是摒棄了R&D果斷的選擇C&D的技術進步路徑。在可選項目不多的封裝技術上創新上,MLCOB可以視作一種努力的方向和階段性成果,連中國一二線的封裝廠鴻利和晶台都推出了自家研發的MLCOB產品作為宣傳的亮點。

    從市場的角度來看也有不少的廠商開始試水用這種方案來做包括日光燈管在內的各種照明燈具。這相對來說節省了照明應用廠商的生產流程,拉低了燈具製造過程的係統成本。不過這項技術是否經得起市場的長期考驗,變成一隻不可忽視的技術路徑還需要時間來觀察。

    關鍵字九:智能照明

    智慧照明是指智慧照明控製係統通過無線網絡進行通信,來實現對照明設備的智慧化控製。照明設備經過智慧化控製後,擴展了多種控製方法,如PC電腦、遙控器、PDA、遠端電話等同時具有燈光亮度的強弱調節、燈光軟啟動、定時控製、場景設置等功能;並達到安全、節能、舒適、高效的特點。

    傳統的照明供電控製一般采用主電源經配電箱分成多路配電輸出線,提供照明燈回路用電,由串接在照明燈回路中的開關麵板直接通斷供電線來實現對燈的控製,燈隻有開、關,無邏輯時序及亮、暗調光控製,因而無法形成各種燈光亮度組合的場景及係統控製。

    而智慧照明係統采用主電源經可程式設計控製模組後輸出供照明燈用電,燈的開、關和調亮、調暗由可程式設計多功能按鍵麵板控製,控製模組與按鍵麵板之間通過一條低壓控製總線相互連接起來。控製模組和按鍵麵板內部有微處理器,存貯器和控製總線的接口電路,它們完全處在低壓情況下工作,所有控製器和麵板都可通過程式設計實現對各燈路的亮度控製,於是就可產生不同的燈光場 景和係統控製的效果。

    在中國還是傳統的照明供電係統占據主流的位置,人們普遍對智慧照明的概念接受不高。但是2012年,不僅在各大小展會上智慧照明成為新秀,伴隨全國範圍內大麵積的照明節能改造項目的推進,更多的案例開始采用智慧照明控製係統。而未來的照明市場中,基於智慧化照明的技術將占市場主導地位。

    關鍵字十:模組化

    曾經火爆一時的山寨機背後有一個強大的推手就是MTK公司推出的集成化模組,雖然這次逆襲最終以智慧機的濫觴而收官。不過這種商業模式上精髓仍有頗多值得借鑒的內容。因為模組化的整合,讓產品設計和製造再次分工出來,產業鏈再次拉長,製造商不用承擔設計失敗的成本和風險,優秀的產品設計業者也不用承擔終端產品商業化成敗的風險。從而眾多競爭也合作的小公司也擁有與係統化整合的大公司抗衡的力量。

    一款LED照明燈具,從設計,選料,測試,認證到最後投放市場,耗費大,周期長。往往到一個專案走完流程市場上已經有更有競爭力的產品出現,很多代價不菲的新產品新設計還沒有來得及收回成本就要退市了。在目前競爭更加激烈,生存更艱難的狀況下,小型企業在麵對競爭對手的新產品的時候往往有心無力再去追趕,隻能選擇固守舊產品或者抄襲。

    而有遠見的業者就想到了LED模組化,這其中最有影響力的應屬於Zhaga聯盟。該聯盟是目前最受國際矚目的LED光引擎互換性 (Interchangeability) 接口標準,目的在推動全球LED照明燈具係統接口的標準化,進而實現不同製造商產品間的相容與互換性,以保障消費者的選購利益。實際上,Zhaga雖然是由九大的領導廠家發起,但現在全球已經擁有190家會員,其所受業界歡迎程度可見一斑。

    而對照明業者來說,對於燈具的設計變得簡單。照明廠商隻需要關注在最後的整燈或者燈具的製造上,隻要讓燈具與Zhaga的接口相容,燈具的設計就從一個複雜的光機熱電的係統工程壓縮到一個簡單的組裝流程。廠商可以花更多的精力和資源在生產管理和市場推廣上。這樣至少在核心組件的設計上,小型廠商有機會和大廠站在相同的平台上。

    2012年,AG亚游集团看到的就是GE,艾迪生,齊瀚光電,Bridgelux眾多大小廠商紛紛投靠zhaga陣營,模組化,模組標準化的趨勢已經不可逆轉。

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