訪(fǎng)工信部半導體照明技術(shù)標準工作組副組長(cháng)彭萬(wàn)華

　　訪(fǎng)工信部半導體照明技術(shù)標準工作組副組長(cháng)彭萬(wàn)華:

　　在產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節技術(shù)水平快速進(jìn)步的推動(dòng)下，國內LED產(chǎn)業(yè)全面向好，市場(chǎng)呈現一片繁榮景象。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(xiàn)上?為此，《中國電子報》記者近日采訪(fǎng)了LED業(yè)界知名專(zhuān)家、工信部半導體照明技術(shù)標準工作組副組長(cháng)彭萬(wàn)華，為業(yè)界梳理當前LED產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展脈絡(luò )。

　　國內LED產(chǎn)值增長(cháng)快 技術(shù)發(fā)展水平一般

　　記者：目前，國內外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、我國臺灣、我國大陸各占20%左右。應該說(shuō)，國內LED產(chǎn)值增長(cháng)很快。但相對來(lái)說(shuō)，在國內產(chǎn)值迅速增長(cháng)的同時(shí)，LED技術(shù)發(fā)展水平卻比較一般。反之，國外LED產(chǎn)值增長(cháng)一般，技術(shù)發(fā)展卻很快。

　　LED的主要技術(shù)指標是發(fā)光效率。據報道，世界上幾個(gè)主要企業(yè)的LED封裝實(shí)驗室水平均已超過(guò)200lm/w，其中美國Cree公司的實(shí)驗室水平達到303lm/w。我們知道，美國SSL計劃的產(chǎn)業(yè)化目標是把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)品據報道已達215lm/w。但是，目前國內的產(chǎn)業(yè)化水平還只有100lm/w～130lm/w，當然，價(jià)格水平也相對較低。

　　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。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(cháng)GaN，目前主要以藍寶石(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(zhuān)家預測，2015年將是藍寶石、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(cháng)更高質(zhì)量的GaN晶體，減少缺陷、位錯，并進(jìn)一步降低成本，業(yè)界正致力于新襯底的研究開(kāi)發(fā)，比如8英寸Si襯底、低溫生長(cháng)GaN同質(zhì)襯底、半極性和非極性襯底、介質(zhì)復合襯底、稀土氧化物REO復合襯底、β-Ga2O3氧化鎵襯底等。

　　其次是外延，在襯底上外延生長(cháng)GaN、InGaAlP等很多層外延，形成P-N結的多量子阱結構，主要目標是提高內量子效率。目前內量子效率已經(jīng)達到60%左右，最終目標是要達到90%以上。

　　為了提高內量子效率及減少Droop效應，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(cháng)、單芯片多色光(R、G、B)外延、復合襯底上外延等。

　　最后是芯片，目前的主要目標是提高外量子效率，即芯片的取光效率。不讓光子在晶體內多次反射被吸收，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、垂直結構(含薄膜結構)。按功率來(lái)區分的話(huà)，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。

　　當然，隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，也出現了其他的結構形式，比如6面出光的芯片結構，Cree公司專(zhuān)有的DA芯片結構(在SiC襯底上生長(cháng)GaN，并刻有V形槽，目前世界上的最高水平就是這種結構形式)，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象?

　　彭萬(wàn)華：據我所知，LED封裝的結構形式目前已達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?xún)r(jià)比(降低成本)。

　　如果對這些封裝新結構、新技術(shù)進(jìn)行總結，那么COB集成封裝、LED晶圓級封裝、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)。其他封裝結構形式也各具特色，比如EMC封裝結構(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)節的技術(shù)創(chuàng )新終究還是為應用服務(wù)，當前LED應用技術(shù)發(fā)展聚焦于哪些熱點(diǎn)?

　　彭萬(wàn)華：目前看來(lái)，LED的應用還是集中在三大方面：首當其沖就是照明，包括室內照明、室外照明、功能性照明、景觀(guān)照明、舞臺照明等，但當下仍然以替代白熾燈和節能燈為主;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)農業(yè)、醫療保健等。這些都具有很好的發(fā)展前景。

　　結合以上應用，我認為L(cháng)ED應用技術(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，但這尚未有統一的標準。

　　三是LED光源及燈具的可靠性。主要是壽命及穩定性問(wèn)題，要從各個(gè)環(huán)節確保產(chǎn)品的可靠性，才能達到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光源系統集成封裝的模塊化是半導體照明光源的發(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。

　　六是現代LED照明。LED照明光源及燈具要簡(jiǎn)潔、美觀(guān)、實(shí)用，采用數字化、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。結合通信、傳感、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等手段，對LED照明進(jìn)行有效控制，實(shí)現照明多功能化和節能化，提高照明環(huán)境的舒適度。這也是LED應用的主要發(fā)展方向。

　　八是非視覺(jué)照明應用。在這一LED應用新領(lǐng)域，有人預測，其市場(chǎng)規模有望超過(guò)千億元。其中，生態(tài)農業(yè)包括植物育苗、生長(cháng)、畜禽養殖、防治害蟲(chóng)等;醫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，可廣泛應用于高清及3D顯示屏，如投影儀、指揮、調度、監控、大屏幕電視等。

　　十是降低成本，提高性?xún)r(jià)比。前面提到，LED產(chǎn)品的目標價(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，包括襯底、外延、芯片、封裝、應用設計等方面，都采用新技術(shù)、新工藝、新材料，使成本不斷下降，提高性?xún)r(jià)比。這樣才能最終為人們提供節能、環(huán)保、健康、舒適的LED照明環(huán)境。