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聚焦細分市場新熱點 全球UV LED發展初探

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2017-04-01 作者: 來源:新興產業智庫 瀏覽量: 網友評論: 0
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摘要: 隨著2016年的通用照明領域大洗牌,2017年各大企業的關注點開始轉移到了細分領域。據估計,2016年UVC LED殺菌與凈化應用的市場產值達2800萬美元,2021年將達2.57億美元,年復合成長率高達56%。

  中科優唯

  2015年10月 繼圓融光電高調宣布入主青島杰生之后,中科優唯完成了金額6000萬元的A輪融資。據報道,中科優唯將從深紫外氮化物外延生長MOCVD設備研發及產業化生產來切入,從根本上解決制約深紫外LED應用的瓶頸問題。中科優唯科技有限公司作為一家高科技初創公司,通過與中國科學院半導體研究所進行深入合作,專注于深紫外光電材料專用高溫設備研發及產業化,致力于成為國際一流的高溫專用設備供應商。

  其時,廣闊市場前景和巨大附加值的深紫外領域被行業公認為藍海,然而生產裝備的缺失、制造工藝的復雜讓垂涎深紫外這一領域的眾多廠商望而卻步,器件價格的居高不下嚴重制約了深紫外LED市場的爆發。深紫外2mw芯片市場主流報價高居不下,是藍光芯片幾百倍,主要原因是可商用化的高溫MOCVD的缺位,僅靠目前市場上現有的小型機臺設備,很難將芯片成本降下來。因此,中科優唯表示,將從深紫外氮化物外延生長MOCVD設備研發及產業化生產來切入,從根本上解決制約深紫外LED應用的瓶頸問題。

  從紫外LED光源來看,目前主要用于紫外光固化、防偽檢測、醫學光照、熒光分析、藥物研發、空氣和水凈化等領域。據法國市場研究公司Yole Développement的調研報告顯示,到2017年UV LED市場規模可達2.7億美元,超過整個紫外光源市場的1/3,五年內的復合年增長率可高達43%,從而形成和紫外汞蒸氣燈分庭抗禮的局面。隨著紫外LED生產成本的不斷降低,應用產品價格的不斷下降,紫外LED會有越來越多的應用方向出現,中科優唯表示,其使命就是突破國際上高Al組分高溫MOCVD設備的缺失,推動AlGaN材料和器件價格的大幅度降低,繼而實現深紫外LED產品的普及應用。

  2016年6月,中科優唯宣布在深紫外UV設備和工藝方面取得突破性進展。目前紫外LED光源主要用于紫外光固化、防偽檢測、醫學光照、熒光分析、藥物研發、空氣和水凈化等領域。北京中科優唯科技有限公司是在與中國科學院半導體研究所合作基礎上于2015年2月組建的高新技術企業,專注于深紫外(300nm以下)LED的產業化。針對深紫外氮化物外延生長設備、深紫外LED的外延工藝和器件工藝,為客戶提供能夠充分發揮深紫外LED性能的材料和器件。

  據悉,中科優唯研發出的專門用于深紫外LED的7片機和48片機型,生長溫度高達1400℃以上,加熱絲具有很好的壽命;生長壓力30torr到常壓連續可調;頂盤實現水冷噴淋式均勻進氣,均勻性優于1%,有限元仿真模擬熱場、流場可滿足客戶需求。其開發出的深紫外LED基礎材料AlN緩沖層的基礎工藝生長速率為1um/h時,在7片機和48片機上獲得滿足深紫外LED生長的XRD搖擺曲線半高寬,(002)最低達到30弧秒,(102)已小于500弧秒。其初步制作的280nm附近深紫外LED已實現電注入發光,發光功率大于1mw。

  據介紹,從目前進展來看,我們有望實現批量設備上280nm以下深紫外LED的材料生長,并結合器件工藝實現規模化深紫外LED的技術突破,為深紫外LED降低成本,規模應用解決生產設備和成套工藝的技術瓶頸。未來白色家電將是使用深紫外LED消毒應用的一大新領域,電冰箱、洗衣機、空調機、空氣凈化器、飲水機等產品都有使用小型消毒器的需求,各大廠家都在尋找適合的產品,紫外LED具有體積小、設計方便、沒有污染等特點,十分適合在白色家電中應用。

  2016年11月,臺灣LED廠光鋐與研晶預計共組品牌,宣布進軍殺菌UVC LED市場,雙方已開始利用新合資品牌擴大行銷,預計于2017年產生營收貢獻。另外有消息指,臺灣隆達電子、大陸地區鴻利智匯、國星光電等企業也在深紫外領域展開布局。

  日本

  日本立命館大學

  2014年3月24日,日本立命館大學發表一份公報稱,其研究人員開發出了一種能夠以很低的成本高效制作深紫外線發光二極管(LED)的技術,有望成為聯合國限制水銀使用后被廣泛采用的深紫外線光源。過去,很多深紫外線光源采用水銀燈,但聯合國去年組織各方簽訂的《水俁公約》規定要大幅限制水銀的使用,所以有必要開發替代光源。其中,深紫外線LED就可以用來替代水銀燈,但是過去制作深紫外線LED時要用昂貴的藍寶石做基板,其高昂成本限制了普及程度。立命館大學高級研究員青柳克信等人報告說,可以利用廉價的硅酮取代藍寶石作為基板,從而能大幅削減成本。

  此外,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。而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。研究小組認為,新方法可大幅削減深紫外線LED的制造成本,有望促進這種深紫外線光源的大規模生產和廣泛應用。

  日機裝

  2014年,赤崎勇和天野浩因開發出藍色LED而榮獲諾貝爾物理學獎。大型工業泵企業日機裝從2006年起,開始在兩人的指導下開展實用化研究。在10年后的2015年3月,實現了深紫外LED的量產供貨。同年10月24日,諾貝爾物理學獎得主天野浩在一次答記者問的時候提到,其正在研究波長僅為250nm~350nm左右的深紫外LED。這種LED除了殺菌用途外,預計還可應用于印刷領域。印刷領域過去使用的紫外光源的發光波長有限。因此,印刷墨水等使用的高分子材料需要配合波長來開發,既費時又費力。而LED容易調節波長,能按照高分子的特性選擇紫外LED的波長,從而可使開發變得更簡單。

  在過去,汞燈是人們熟知的深紫外線發生設備。主要應用于商用殺菌和檢查用途,例如醫療器械、工廠和研究機構、食品領域等。但汞燈在其他領域,普及卻存在困難。首先是性能受限。汞燈的工作電壓為100V以上,尺寸為幾cm~幾m。耗電量大,單是充分發光之前的預熱,就需要10~30分鐘。而且壽命僅為3000~5000個小時。這樣的尺寸、耗電量和耐久性,無法應用于家電和汽車。最重要的問題是汞對人體有毒。2013年,日本等92個國家簽署了《關于汞的水俁公約》。強化限制汞燈的做法正在全球不斷擴大。

  而深紫外LED可以輕松地在機器上安裝,還具有良好的安全性。工作電壓約為5~7V,尺寸只有幾mm,預熱時間為0秒。壽命長達1萬個小時以上,并且沖擊耐久性強,不使用汞。深紫外LED打破了汞燈的諸多限制。這項新技術如果得到普及,在生活的方方面面,“殺菌日常化”將會成為現實。為奪取成長市場,以通過提高發光效率、建立量產技術,實現成本化為目標,全球掀起了白熱化的技術開發競爭。當中,一馬當先的是3家日本企業:日機裝、旭化成和德山。

  德山及豐田合成

  2017年2月,日本化學大廠德山與日本電氣設備大廠斯坦利電氣決定,在深紫外線LED領域擴大合作,德山維持深紫外線LED材料研發,而晶圓生產、封裝、與產品制造銷售等業務,由Stanley Electric負責。德山的深紫外線LED晶圓生產線及專利,均轉讓給Stanley Electric。

  另外,日本豐田合成為了打造更新的藍光與紫外線LED,從德國大廠AIXTRON采購了新的MOCVD相關模組設備。此設備是強化過的5x4寸CRIUS Close Coupled Showerhead(CCS) 系統,可打造藍光LED以及深紫外光LED,預計在2017上半年交貨給豐田合成運用。AIXTRON新的CCS設備能更有效地幫助豐田合成的LED磊晶事業與產品,包括針對東南亞與其他區域市場的LED照明。


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