我國LED產業已初具規模,從LED主要技術指標光效來看,還有很大的推進空間,要加大對LED的研發力度,掌握LED核心技術,突破國外專利制約,進一步拓展國內外半導體照明市場,擴大我國LED產業規模,為人們提供節能、環保、健康、舒適的照明環境。關于芯片領域的概況如下(未統計2015年),僅供參考。
LED襯底簡況
目前用于LED產業化的襯底主要有藍寶石(Al2O3)、SiC、Si和GaN。
Cree用SiC襯底,全球很多企業正在開發Si襯底,東芝曾經宣布投產8″Si襯底。其余的企業以藍寶石為主,全球生產藍寶石襯底有130多家,其中80多家是近兩年加入的。目前以2″和4″襯底片為主,幾年后將以6″為主,會達到50%以上。有人預測2016年藍寶石、Si和GaN這三類襯底將各占三分之一。近幾年全球正在研究開發很多LED新襯底,并取得突破性進展。
中國開發、生產藍寶石襯底的企業50多家,其中已投產20多家,我國生產能力已超過1億片/年(以2″計算),超過全球的需求量,而且藍寶石企業直接生產PSS襯底的不多,目前藍寶石國產化約50%,企業的競爭力較差,走向轉型、整合、兼并是必然的。另外,南昌晶能采用Si襯底量產LED,國內還有很多研究所、企業正在開發同質襯底、復合襯底和SiC襯底,并取得很大成果。
LED外延及芯片產業簡況
全球從事LED外延及芯片研發生產單位約169家(另有報導為142家),共有MOCVD設備約3000臺(另有報導為2800臺),其生產能力以4″計算為200萬片/月,其中比例大約為:中國25.8%、臺灣21.8%、日本19.2%、韓國17.3%、美國11%、歐洲2.8%。
中國LED外延及芯片企業50多家,其中投產的30多家,開工率為50~60%,產量超過1000億只(含小芯片和四元系芯片),產值約84億元(另有報導為105億元)。由于國內上游企業過多,大部分企業規模偏小,走向整合、兼并是必然的。另外國內有十幾二十家企業正在研發制造MOCVD設備,有的已在上游企業試用或正式投產。還有外延用的MO源:三甲基(鎵、銦、鋁、銻)、三乙基(鎵、銻)、二甲基鋅、二乙基(鋅、碲)等國產化率已達60%。
LED主要技術指標
日亞、飛利浦、歐司郎等幾個大企業實驗室水平,光效均超過200lm/w,Cree公司實驗室光效已超過276lm/w。首爾半導體“npolo”LED,聲稱在1mm2芯片上要實現1000光通量,三菱化學同樣提出達1000lm光通量,稱為LED光源的終極目標。日本田村制作提出在2mm見方芯片要實現2000~3000lm光通量。美國加洲大學圣巴巴拉分校提出光效要達到300lm/w。美國Soraa公司采用GaN-on-GaN技術制作LED替代燈,使每盞燈用一只LED器件,譜寫了LED技術新篇章,即LED2.0版。美國SSL計劃修定中提出LED光效產業化水平達266lm/w為終極目標。目前全球LED產業化光效水平為120~150lm/w。
發光新材料
發光新材料將來有可能進入照明領域,與LED照明競爭。
(1)有機發光二極管
目前OLED有效的光效一般在30~60lm/w,將在特種照明領域獲得應用。據國外相關機構預測:OLED照明市場于2021年將達400多億美元,另一機構預測于2018年達400億美元。現階段主要問題除某些技術外,價格偏高,但前景是樂觀的。
(2)量子點發光技術
量子點(QuantunDot簡寫QD)是用納米技術制作的,QD顆粒一般在2~12nm之間,量子點發光體由發光核、半導體殼、有機配位體組成,在電或短波光的激發下會發射不同波長的光,接近連續可見光光譜,例如CdSe(硒化鎘)當顆粒2.1nm時發藍光,當5nm時發射綠光,接近10nm時發射接近紅光,其優點:發光穩定、內量子效率高。
目前量子點發光效率接近OLED水平,QD發光具有廣泛應用,除了在顯示及照明領域外,還可應用于藍光激光、光感測元件、單電子晶體管、記憶儲存……,現階段QD主要在顯示應用上取得顯著效果,將最有希望替代OLED。在照明方面與LED結合產生色彩豐富,十分明亮的暖白光。
(3)超薄非結晶電介層發光芯片
由美國德洲農機大學化學工程系開發的一種發光芯片、采用在硅晶園上進行室溫濺射沉積方法,制成電介質膜,其中有納米晶層,可提升發光密度,在工藝中可與硅IC兼容,工藝簡單,是個新的納米發光材料技術。雖然目前發光壽命較短,但將來會更長。
小結:上述幾種發光新材料,OLED在照明領域的份額遲早提升,而且會在特殊照明領域中占有一定比例。至于量子點及超薄介質中的發光層均為納米級量子層,是納米發光新材料。應要高度重視納米發光技術的研究和開發,將來有可能進入照明領域,并替代LED照明產品。