訪工信部半導(dǎo)體照明技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)工作組副組長(zhǎng)彭萬(wàn)華

　　訪工信部半導(dǎo)體照明技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)工作組副組長(zhǎng)彭萬(wàn)華:

　　在產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)技術(shù)水平快速進(jìn)步的推動(dòng)下，國(guó)內(nèi)LED產(chǎn)業(yè)全面向好，市場(chǎng)呈現(xiàn)一片繁榮景象。但是在新技術(shù)層出不窮的背景下，企業(yè)如何才能少走彎路，把有限的技術(shù)研發(fā)力量投入到合適的技術(shù)路線上?為此，《中國(guó)電子報(bào)》記者近日采訪了LED業(yè)界知名專家、工信部半導(dǎo)體照明技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)工作組副組長(zhǎng)彭萬(wàn)華，為業(yè)界梳理當(dāng)前LED產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)。

　　國(guó)內(nèi)LED產(chǎn)值增長(zhǎng)快 技術(shù)發(fā)展水平一般

　　記者：目前，國(guó)內(nèi)外LED產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展有哪些新變化和新特點(diǎn)?

　　彭萬(wàn)華：就2013年全球LED產(chǎn)值來(lái)看，日本、韓國(guó)、我國(guó)臺(tái)灣、我國(guó)大陸各占20%左右。應(yīng)該說(shuō)，國(guó)內(nèi)LED產(chǎn)值增長(zhǎng)很快。但相對(duì)來(lái)說(shuō)，在國(guó)內(nèi)產(chǎn)值迅速增長(zhǎng)的同時(shí)，LED技術(shù)發(fā)展水平卻比較一般。反之，國(guó)外LED產(chǎn)值增長(zhǎng)一般，技術(shù)發(fā)展卻很快。

　　LED的主要技術(shù)指標(biāo)是發(fā)光效率。據(jù)報(bào)道，世界上幾個(gè)主要企業(yè)的LED封裝實(shí)驗(yàn)室水平均已超過(guò)200lm/w，其中美國(guó)Cree公司的實(shí)驗(yàn)室水平達(dá)到303lm/w。我們知道，美國(guó)SSL計(jì)劃的產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)是把LED的發(fā)光效率提高到250lm/w，并把價(jià)格降低至0.5美元/klm。而其目前產(chǎn)業(yè)化水平為120lm/w～150lm/w，價(jià)格約為3美元/klm。

　　就LED照明整燈水平來(lái)看，Cree、飛利浦等企業(yè)的產(chǎn)品已經(jīng)超過(guò)200lm/w，歐司朗直管燈產(chǎn)品據(jù)報(bào)道已達(dá)215lm/w。但是，目前國(guó)內(nèi)的產(chǎn)業(yè)化水平還只有100lm/w～130lm/w，當(dāng)然，價(jià)格水平也相對(duì)較低。

　　產(chǎn)業(yè)鏈上游不斷突破

　　LED封裝日趨多元

　　記者：上游是LED產(chǎn)業(yè)鏈的核心技術(shù)所在，目前核心技術(shù)有哪些新的進(jìn)展?

　　彭萬(wàn)華：的確，產(chǎn)業(yè)鏈上游是LED的核心技術(shù)所在，一般來(lái)說(shuō)，包括襯底、外延、芯片3個(gè)環(huán)節(jié)。首先來(lái)看襯底，目前研發(fā)的關(guān)鍵問(wèn)題是晶格匹配和熱匹配問(wèn)題。在襯底上外延生長(zhǎng)GaN，目前主要以藍(lán)寶石(α-Al2O3)、SiC、Si這3種為主，有2英寸、4英寸、6英寸的圓片和8英寸Si圓片。有專家預(yù)測(cè)，2015年將是藍(lán)寶石、Si、GaN同質(zhì)外延襯底三分天下的時(shí)期，而2016年將以6英寸圓片為主。

　　同時(shí)，為了生長(zhǎng)更高質(zhì)量的GaN晶體，減少缺陷、位錯(cuò)，并進(jìn)一步降低成本，業(yè)界正致力于新襯底的研究開發(fā)，比如8英寸Si襯底、低溫生長(zhǎng)GaN同質(zhì)襯底、半極性和非極性襯底、介質(zhì)復(fù)合襯底、稀土氧化物REO復(fù)合襯底、β-Ga2O3氧化鎵襯底等。

　　其次是外延，在襯底上外延生長(zhǎng)GaN、InGaAlP等很多層外延，形成P-N結(jié)的多量子阱結(jié)構(gòu)，主要目標(biāo)是提高內(nèi)量子效率。目前內(nèi)量子效率已經(jīng)達(dá)到60%左右，最終目標(biāo)是要達(dá)到90%以上。

　　為了提高內(nèi)量子效率及減少Droop效應(yīng)，一批新的外延技術(shù)也誕生了，如GaN同質(zhì)外延、8英寸Si基上外延、半極性非極性襯底上外延、偏移外延生長(zhǎng)、單芯片多色光(R、G、B)外延、復(fù)合襯底上外延等。

　　最后是芯片，目前的主要目標(biāo)是提高外量子效率，即芯片的取光效率。不讓光子在晶體內(nèi)多次反射被吸收，要在底部反射面及出光面采用各種表面處理技術(shù)。

　　如果按出光面和尺寸大小來(lái)區(qū)分，LED芯片可分為多種不同的產(chǎn)品形式，最主要的有3種，包括正裝、倒裝、垂直結(jié)構(gòu)(含薄膜結(jié)構(gòu))。按功率來(lái)區(qū)分的話，小功率芯片一般小于100mw，中功率芯片一般為幾百mw，大功率芯片一般在1w以上。

　　當(dāng)然，隨著技術(shù)的發(fā)展，也出現(xiàn)了其他的結(jié)構(gòu)形式，比如6面出光的芯片結(jié)構(gòu)，Cree公司專有的DA芯片結(jié)構(gòu)(在SiC襯底上生長(zhǎng)GaN，并刻有V形槽，目前世界上的最高水平就是這種結(jié)構(gòu)形式)，單芯片多色光(R、G、B)組合成白光、高壓芯片等。

　　記者：如何看待LED封裝形式日趨多元化這一現(xiàn)象?

　　彭萬(wàn)華：據(jù)我所知，LED封裝的結(jié)構(gòu)形式目前已達(dá)100多種，但不管是Lamp、SMT、COB、PLCC，還是大功率封裝(CSP)、模塊化封裝等，其技術(shù)發(fā)展的原則都是要緊跟LED應(yīng)用產(chǎn)品的發(fā)展需求。萬(wàn)變不離其宗，LED封裝技術(shù)的基本內(nèi)容就是提高出光效率，提高光色質(zhì)量，提高可靠性和產(chǎn)品性價(jià)比(降低成本)。

　　如果對(duì)這些封裝新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，那么COB集成封裝、LED晶圓級(jí)封裝、COF集成封裝、LED模塊化集成封裝、覆晶封裝技術(shù)、免封裝芯片技術(shù)等都屬于LED光集成封裝技術(shù)。其他封裝結(jié)構(gòu)形式也各具特色，比如EMC封裝結(jié)構(gòu)(嵌入式)、EMC封裝技術(shù)(塑料支架式)、COG封裝(玻璃基板)、QFN封裝技術(shù)(小間距像素單元)、3D封裝技術(shù)、功率框架封裝技術(shù)等。

　　應(yīng)用集中于三大領(lǐng)域

　　技術(shù)聚焦十大熱點(diǎn)

　　記者：產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的技術(shù)創(chuàng)新終究還是為應(yīng)用服務(wù)，當(dāng)前LED應(yīng)用技術(shù)發(fā)展聚焦于哪些熱點(diǎn)?

　　彭萬(wàn)華：目前看來(lái)，LED的應(yīng)用還是集中在三大方面：首當(dāng)其沖就是照明，包括室內(nèi)照明、室外照明、功能性照明、景觀照明、舞臺(tái)照明等，但當(dāng)下仍然以替代白熾燈和節(jié)能燈為主;其次是顯示，包括LED顯示屏、小間距顯示屏、背光源(IGZO采用小功率LED)等;最后是非視覺(jué)照明，如生態(tài)農(nóng)業(yè)、醫(yī)療保健等。這些都具有很好的發(fā)展前景。

　　結(jié)合以上應(yīng)用，我認(rèn)為L(zhǎng)ED應(yīng)用技術(shù)發(fā)展可以歸納為十大熱點(diǎn)問(wèn)題。

　　一是LED光源及燈具的總能效?？偰苄?內(nèi)量子效率×芯片取光效率×封裝出光效率×熒光粉激發(fā)效率×電源效率×燈具效率。目前這個(gè)值連30%還不到，而我們的目標(biāo)是要使其大于50%。

　　二是光源的舒適度。具體包括色溫、亮度、顯色性、色容差(色溫一致性及色漂移)、眩光、無(wú)閃爍等，但這尚未有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

　　三是LED光源及燈具的可靠性。主要是壽命及穩(wěn)定性問(wèn)題，要從各個(gè)環(huán)節(jié)確保產(chǎn)品的可靠性，才能達(dá)到2萬(wàn)～3萬(wàn)個(gè)小時(shí)的使用壽命。

　　四是LED光源的模塊化。LED光源系統(tǒng)集成封裝的模塊化是半導(dǎo)體照明光源的發(fā)展方向，要重點(diǎn)解決的是光組件接口及驅(qū)動(dòng)電源問(wèn)題。

　　五是LED光源的安全性。要解決光生物安全、超亮、光閃爍等問(wèn)題，特別是頻閃問(wèn)題。

　　六是現(xiàn)代LED照明。LED照明光源及燈具要簡(jiǎn)潔、美觀、實(shí)用，采用數(shù)字化、智能化技術(shù)，讓LED照明環(huán)境更舒適，更符合個(gè)性化需求。

　　七是智能照明。結(jié)合通信、傳感、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等手段，對(duì)LED照明進(jìn)行有效控制，實(shí)現(xiàn)照明多功能化和節(jié)能化，提高照明環(huán)境的舒適度。這也是LED應(yīng)用的主要發(fā)展方向。

　　八是非視覺(jué)照明應(yīng)用。在這一LED應(yīng)用新領(lǐng)域，有人預(yù)測(cè)，其市場(chǎng)規(guī)模有望超過(guò)千億元。其中，生態(tài)農(nóng)業(yè)包括植物育苗、生長(zhǎng)、畜禽養(yǎng)殖、防治害蟲等;醫(yī)療保健包括治療某些疾病、改善睡眠環(huán)境、保健功能、殺菌功能、消毒、凈化水等。

　　九是小間距顯示屏。目前其像素單元為1mm左右，并在發(fā)展P0.8mm～0.6mm產(chǎn)品，可廣泛應(yīng)用于高清及3D顯示屏，如投影儀、指揮、調(diào)度、監(jiān)控、大屏幕電視等。

　　十是降低成本，提高性價(jià)比。前面提到，LED產(chǎn)品的目標(biāo)價(jià)格是0.5美元/klm，因此要在LED產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)，包括襯底、外延、芯片、封裝、應(yīng)用設(shè)計(jì)等方面，都采用新技術(shù)、新工藝、新材料，使成本不斷下降，提高性價(jià)比。這樣才能最終為人們提供節(jié)能、環(huán)保、健康、舒適的LED照明環(huán)境。