制造LED 芯片所用的襯底材料通常是高質(zhì)量的藍寶石或碳化硅、GaAs(砷化鎵),是外延生長出各種復(fù)合半導(dǎo)體的晶種。當(dāng)前,在GaAs 襯底上生長AlInGaP 是一項相對成熟的技術(shù),預(yù)計未來GaAs襯底仍會是襯底材料可靠的選擇。而藍寶石襯底由于在大尺寸襯底上良好的性能,隨著廠商不斷努力向大尺寸襯底工藝發(fā)展,將逐步占據(jù)更大比重。
外延片生長是LED 制造的關(guān)鍵技術(shù),目前普遍采用金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)方法實現(xiàn)。目前全球MOCVD的主要制造廠家為德國的AIXTRON公司和美國的VEECO公司,前者約占60%-70%的國際市場份額,后者占據(jù)30%-40%,日本Nippon Sanso生產(chǎn)的設(shè)備基本限于日本國內(nèi)銷售。
外延生長完成后,中游芯片設(shè)計和加工廠商根據(jù)LED性能需求進行器件結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計,通過外延片擴散、金屬鍍膜,再進行光刻、熱處理,形成金屬電極;再將基板磨薄拋光后,切割為細小的LED芯片。
芯片封裝即將芯片粘貼并焊接導(dǎo)線架,經(jīng)由測試、封膠后,封裝成各種不同的產(chǎn)品。白光LED 芯片還需要在密封膠內(nèi)注入磷才能產(chǎn)生白光。原則上芯片越小、封裝的技術(shù)難度越高。
封裝后產(chǎn)品經(jīng)過測試、分選,裝配進分系統(tǒng)供照明器材使用。照明器材(如信號燈、屏幕、商用或民用照明設(shè)備)除LED芯片外,還包括其他光學(xué)器件、LED 驅(qū)動電路等。產(chǎn)品經(jīng)過經(jīng)銷商銷售,照明設(shè)計工程師、建筑師設(shè)計后,最終提供給終端用戶使用。
LED 產(chǎn)業(yè)在全球已形成一套完整的產(chǎn)業(yè)鏈,中國臺灣、日本、韓國的企業(yè)數(shù)量眾多,主要集中在襯底、外延、芯片及封裝領(lǐng)域。具備實力從事LED產(chǎn)業(yè)鏈上全業(yè)務(wù)的公司較少,主要是美國、日本及韓國的龍頭企業(yè)。
在國內(nèi)LED產(chǎn)業(yè)鏈中,中上游的外延片和芯片環(huán)節(jié)發(fā)展是相對滯后的“軟肋”。LED外延片和芯片對技術(shù)要求較高,國內(nèi)在這兩方面同國際先進水平還有一定差距。目前國內(nèi)外延片和芯片的產(chǎn)量有限,從事LED外延片生產(chǎn)的企業(yè)僅10家左右,LED芯片生產(chǎn)的廠商也不多。國產(chǎn)LED外延材料、芯片以中低檔為主,80%以上功率型LED芯片、器件依賴進口,外延片產(chǎn)量僅能滿足封裝企業(yè)需求量的20%。
我國LED企業(yè)超過3000家,其中70%集中于下游產(chǎn)業(yè),LED封裝產(chǎn)品已達世界第一,技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊。造成中國LED產(chǎn)業(yè)“中上游萎縮,下游膨脹”的主要原因是,目前LED的主流技術(shù)專利多為發(fā)達國家所控制,國內(nèi)缺乏自主知識產(chǎn)權(quán)和核心技術(shù),企業(yè)發(fā)展面臨的專利風(fēng)險日益加大,生產(chǎn)設(shè)備落后且科研成果產(chǎn)業(yè)化不順暢。
LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展的三大瓶頸
目前已投資數(shù)家LED企業(yè)的浙江華睿投資管理有限公司董事長宗佩民認為,中國LED產(chǎn)業(yè)還有幾個障礙需要克服:
首先,要提高LED發(fā)光效率。LED燈具想要真正進入一般消費者家庭,需要將暖白光色系的LED發(fā)光效率提升到100lm/W(流明/瓦)以上,燈具成本可以下降25%,電費成本也將比傳統(tǒng)燈泡更具成本優(yōu)勢。
其次,要解決散熱問題。大功率LED對散熱技術(shù)要求較高,環(huán)境溫度達到一定高度時LED很快會產(chǎn)生光衰,導(dǎo)致LED壽命下降。只有解決大功率LED的散熱問題,才能大面積推廣大功率LED的應(yīng)用。
此外,要降低LED價格。價格是直接影響LED照明普及速度的關(guān)鍵因素,雖然LED燈具的總成本(包括購置成本+能源成本+維護成本+廢棄物處理成本)比白熾燈和熒光燈低,但消費者仍以購置成本為選擇標準,并不太在意高品質(zhì)或多功能特性。
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