- 中國LED照明是產(chǎn)業(yè)熱、市場(chǎng)冷
- 讓成本下降、使技術(shù)成熟是整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的事
- LED外延片與芯片約占行業(yè)70%的利潤
- LED封裝利潤約占10%～20%，LED應(yīng)用約占10%～20%
- 我國半導(dǎo)體照明80%以上的功率型LED芯片、器件依賴進(jìn)口
用如火如荼來形容中國LED照明產(chǎn)業(yè)一點(diǎn)都不過分，但不可否認(rèn)的是，中國LED照明是產(chǎn)業(yè)熱、市場(chǎng)冷。為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的尷尬呢？這是因?yàn)?，以目前的技術(shù)做大功率LED照明燈具與現(xiàn)有高效光源相比并沒有明顯的節(jié)能優(yōu)勢(shì)，而初次投入成本卻高的多。大電流在提升光效的同時(shí)也大量轉(zhuǎn)變成了熱能，如果散熱處理不好又會(huì)使LED壽命大幅降低，用散熱器又增加成本和體積，使LED光源的優(yōu)勢(shì)消失。所以說，一切都是達(dá)不到照明市場(chǎng)要求的LED技術(shù)惹得禍。
LED的發(fā)光效率分為內(nèi)、外量子效率，對(duì)于內(nèi)量子效率基本可達(dá)80%甚至90%，而外量子效率由于無法有效放出光子，被LED吸收產(chǎn)生為熱能導(dǎo)致結(jié)溫升高，同時(shí)降低內(nèi)量子效應(yīng)，這應(yīng)該是LED整體發(fā)光效率僅達(dá)到傳統(tǒng)照明一般水平的原因所在。因此，找到兩者的平衡點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)科學(xué)發(fā)光效率的有效途徑。而LED發(fā)光效率的提升將通過直接減少LED顆粒帶來成本的下降。
目前絕大部分白光LED應(yīng)用均為60mW以下的直插小管，由于這種封裝工藝會(huì)帶來嚴(yán)重的散熱問題，所以只適合于指示燈應(yīng)用領(lǐng)域。現(xiàn)在3528貼片封裝占據(jù)LED燈管主要地位，但其70%以上的成本均用于鋁制散熱外殼的成本和加工，使得貼片封裝的高昂成本阻礙著LED照明的普及。
目前LED封裝成本占到50%，要想降低LED總體成本，我們就必須選擇更合適的封裝結(jié)構(gòu)，所以改變現(xiàn)有的封裝結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)合理的封裝成本，將是LED照明被市場(chǎng)接受的最有效、最直接的途經(jīng)。當(dāng)然，LED芯片隨工藝、出貨量增加、采用更大尺寸晶圓制作工藝，也在不斷的降低成本，近年來每年在以20%速度降低中，如果能把目前的封裝成本從占總成本的50%降低到20%～30%，LED照明的應(yīng)用會(huì)上到一個(gè)新數(shù)量級(jí)市場(chǎng)規(guī)模。
目前LED芯片約占整個(gè)燈具成本15%左右，但現(xiàn)在真正能比傳統(tǒng)光源節(jié)能的LED芯片卻屈指可數(shù)。而散熱設(shè)計(jì)、恒流電源設(shè)計(jì)、整體控制技術(shù)，也是LED照明得到普及應(yīng)用前必需解決的技術(shù)問題。目前，散熱和可靠性是LED照明產(chǎn)品生命周期的制約因素，散熱設(shè)計(jì)一是要LED芯片與散熱器件路徑盡量短，二是要有足夠的散熱路徑以減少散熱阻力。
LED照明的技術(shù)走向，主流光源應(yīng)該是采用CoB（chiponboard）封裝的專用白色LED模塊，按燈具光學(xué)要求的CoB封裝，同時(shí)也可減少二次光學(xué)設(shè)計(jì)成本。CoB封裝的LED模塊在底板上安裝了多枚LED芯片，使用多枚芯片不僅能夠提高亮度，還有助于實(shí)現(xiàn)LED芯片的科學(xué)合理配置，降低單個(gè)LED芯片的輸入電流量以確保高效率。
分布式恒流技術(shù)，不斷優(yōu)化“LED恒流驅(qū)動(dòng)光源”整體解決方案，可持續(xù)提升LED模組的光效。同時(shí)，小型化的開關(guān)電源、持續(xù)優(yōu)化散熱設(shè)計(jì)，以及提高LED模塊的密封性提高散熱能力。這一切都是LED照明市場(chǎng)成長起來的必要技術(shù)條件，不客氣地說，電源是目前LED照明最薄弱的環(huán)節(jié)，嚴(yán)重影響到LED燈具的質(zhì)量水平，而眾多國內(nèi)企業(yè)的產(chǎn)品品質(zhì)也確實(shí)到了必需提高的時(shí)候了。
讓成本下降、使技術(shù)成熟是整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的事。LED產(chǎn)業(yè)鏈的上、中、下游分別為外延材料與芯片加工、產(chǎn)品器件與模塊封裝、顯示與照明應(yīng)用。
LED外延片與芯片約占行業(yè)70%的利潤，LED封裝約占10%～20%，LED應(yīng)用約占10%～20%。統(tǒng)計(jì)顯示，我國半導(dǎo)體照明生產(chǎn)企業(yè)超過3000家，其中70%集中于產(chǎn)業(yè)的下游，國產(chǎn)LED外延材料、芯片以中低檔為主，80%以上的功率型LED芯片、器件依賴進(jìn)口。
近年來，政府以撒胡椒面的方式興建了若干LED照明產(chǎn)業(yè)基地，但中國的LED產(chǎn)業(yè)熱仍是以70%的國人爭奪LED的10%～20%利潤份額為代價(jià)的。這就意味著，掌控LED核心技術(shù)的國外公司若不急于拉低LED成本，扎堆LED下游的中國LED業(yè)者只能以犧牲自己的利潤去實(shí)現(xiàn)低價(jià)而讓市場(chǎng)熱起來，但沒有技術(shù)支撐的下游產(chǎn)品，就算價(jià)格再便宜，又有多少人敢用呢。
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另外，LED照明發(fā)展的阻力除了本身的技術(shù)、規(guī)格、散熱與價(jià)格等因素外，CFL節(jié)能燈、螢光燈技術(shù)也在發(fā)展，辦公室照明系統(tǒng)中T5燈管的發(fā)光效率已達(dá)到100lm/W的水準(zhǔn)，CFL節(jié)能燈也有3W規(guī)格的超小型產(chǎn)品問世，從目前LED與節(jié)能燈的性價(jià)比而言，LED照明的普及尚有較長的路要走。
由于下游封裝和應(yīng)用所需的資金和技術(shù)要求相對(duì)較低，目前國內(nèi)80%以上的LED企業(yè)都只有低端封裝業(yè)務(wù)；而LED芯片及外延片等上游產(chǎn)業(yè)由于對(duì)技術(shù)和資金要求較高，因此涉足企業(yè)較少，發(fā)展相對(duì)滯后。由于設(shè)備占LED整個(gè)生產(chǎn)線購置成本近2/3，這也是LED產(chǎn)品難以降低的主要原因。2010年1月8日，國內(nèi)首臺(tái)自主研發(fā)的MOCVD設(shè)備在廣東昭信半導(dǎo)體裝備制造有限公司下線，在通過接下來的4個(gè)月數(shù)據(jù)測(cè)試后將進(jìn)入設(shè)備量產(chǎn)階段。
據(jù)了解，緩沖分布式噴射反應(yīng)室、整合ALD與CVD的工藝技術(shù)和MOCVD電場(chǎng)輔助生長，是昭信半導(dǎo)體MOCVD設(shè)備的創(chuàng)新點(diǎn)。采用BDS反應(yīng)腔體，通過中心輻射流動(dòng)與垂直噴淋流動(dòng)的結(jié)合，吸收行星反應(yīng)腔體層流，從而無需行星反應(yīng)腔體所需的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。采用的氣流模式可準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)反應(yīng)氣體的瞬時(shí)切換，在保持腔體流場(chǎng)不變的情況下，可以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)氣源從連續(xù)到脈沖注入的切換。加熱爐體采用多區(qū)電阻片紅外輻射加熱方式，每個(gè)加熱區(qū)域可以獨(dú)立控制，可以實(shí)現(xiàn)大面積溫度均勻可控，獲得更廣范圍的加熱溫區(qū)。控制系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)傳感器與執(zhí)行器實(shí)時(shí)控制；根據(jù)不同外延工藝對(duì)實(shí)時(shí)性的敏感性進(jìn)行了針對(duì)性設(shè)計(jì)，以保證生產(chǎn)的重復(fù)性與穩(wěn)定性。
總部位于南昌研制GaN-on-SiMOCVD生長技術(shù)的晶能光電，近日開發(fā)出一款采用1×1mm芯片冷白光LED，在350mA電流下光輸出超過100流明。目前絕大多數(shù)LED的生產(chǎn)是在一個(gè)藍(lán)寶石或碳化硅襯底上沉淀多層GaN薄膜，而晶能認(rèn)為，基于硅襯底生長的LED在成本節(jié)約和控制上將發(fā)揮更大潛力，并且性能絲毫不亞于傳統(tǒng)工藝制作的LED，晶能光電稱，其基于硅襯底的高功率InGaNLED性能接近于采用傳統(tǒng)襯底生長的LED。據(jù)悉，該公司目前用于顯示領(lǐng)域的小尺寸管芯（200micron）已經(jīng)進(jìn)入量產(chǎn)階段。
隨著中國各級(jí)政府把LED照明視為經(jīng)濟(jì)新增長點(diǎn)，加上中國自身在技術(shù)上的提升，之前以后端應(yīng)用和封裝為主進(jìn)入中國的境外LED投資者，開始觸及高端技術(shù)項(xiàng)目。日前，旭瑞光電股份有限公司總投資3.5億美元LED外延芯片項(xiàng)目在佛山市南海經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)奠基。專業(yè)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)LED外延、高亮度大功率芯片，預(yù)計(jì)2013年在三期投資完成后，旭瑞光電將擁有超過100臺(tái)MOCVD機(jī)臺(tái)，能夠同時(shí)生產(chǎn)4英寸、6英寸LED外延片和大功率、高亮度LED芯片，發(fā)光效率大于135lm/W，全面投產(chǎn)后月產(chǎn)LED芯片3.8億顆。
據(jù)悉，旭瑞光電主要股東——美國SemiLED（旭明光電），是全球唯一可以批量生產(chǎn)金屬基座垂直結(jié)構(gòu)芯片的企業(yè)。相比其它LED產(chǎn)品，金屬基座垂直結(jié)構(gòu)LED具有更好的電學(xué)性能和導(dǎo)熱性能，可以增加亮度和發(fā)光效率，屬于下一代普通照明LED技術(shù)。
政府率先應(yīng)用是LED照明技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的推手。據(jù)上海市普陀區(qū)科委副主任李文波介紹，2006年9月建于上海普陀區(qū)的上海LED半導(dǎo)體照明研發(fā)應(yīng)用中心以“政府引導(dǎo)、社會(huì)參與、企業(yè)為主”為運(yùn)營管理模式，著力從科技研發(fā)、測(cè)試檢驗(yàn)、示范基地和產(chǎn)業(yè)集聚4個(gè)方面展開工作。目前，該中心成功搭建了LED檢測(cè)檢驗(yàn)平臺(tái)，積極推進(jìn)LED標(biāo)準(zhǔn)的建立和實(shí)施；成功建設(shè)了“蘇州河沿岸景觀亮化應(yīng)用項(xiàng)目”、“普陀區(qū)政府機(jī)關(guān)庭院燈光改造應(yīng)用項(xiàng)目”和“普陀區(qū)圖書館新館室內(nèi)照明應(yīng)用項(xiàng)目”等首批3個(gè)LED應(yīng)用示范（試驗(yàn)）基地。李文波表示，2009年10月，國家發(fā)改委聯(lián)合科技部、財(cái)政部等6部委發(fā)布了《半導(dǎo)體照明節(jié)能發(fā)展意見》，為我國半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)確立了明確的發(fā)展方向。上海會(huì)通過政府率先應(yīng)用LED技術(shù)，通過將上海LED應(yīng)用中心建設(shè)成為服務(wù)于上海、長三角地區(qū)乃至全國的、開放的LED公共服務(wù)平臺(tái)，以期加快LED照明應(yīng)用的進(jìn)程。
