剖析LED照明是产业热、市场冷现象

2010-05-18 09:50:22来源: LED环球在线 关键字:LED照明

      用如火如荼来形容中国LED照明产业一点都不过分,但不可否认的是,中国LED照明是产业热、市场冷。为什么会出现这样的尴尬呢?这是因为,以目前的技术做大功率LED照明灯具与现有高效光源相比并没有明显的节能优势,而初次投入成本却高的多。大电流在提升光效的同时也大量转变成了热能,如果散热处理不好又会使LED寿命大幅降低,用散热器又增加成本和体积,使LED光源的优势消失。所以说,一切都是达不到照明市场要求的LED技术惹得祸。

    LED的发光效率分为内、外量子效率,对于内量子效率基本可达80%甚至90%,而外量子效率由于无法有效放出光子,被LED吸收产生为热能导致结温升高,同时降低内量子效应,这应该是LED整体发光效率仅达到传统照明一般水平的原因所在。因此,找到两者的平衡点是实现科学发光效率的有效途径。而LED发光效率的提升将通过直接减少LED颗粒带来成本的下降。

    目前绝大部分白光LED应用均为60mW以下的直插小管,由于这种封装工艺会带来严重的散热问题,所以只适合于指示灯应用领域。现在3528贴片封装占据LED灯管主要地位,但其70%以上的成本均用于铝制散热外壳的成本和加工,使得贴片封装的高昂成本阻碍着LED照明的普及。

    目前LED封装成本占到50%,要想降低LED总体成本,我们就必须选择更合适的封装结构,所以改变现有的封装结构,实现合理的封装成本,将是LED照明被市场接受的最有效、最直接的途经。当然,LED芯片随工艺、出货量增加、采用更大尺寸晶圆制作工艺,也在不断的降低成本,近年来每年在以20%速度降低中,如果能把目前的封装成本从占总成本的50%降低到20%~30%,LED照明的应用会上到一个新数量级市场规模。

    目前LED芯片约占整个灯具成本15%左右,但现在真正能比传统光源节能的LED芯片却屈指可数。而散热设计、恒流电源设计、整体控制技术,也是LED照明得到普及应用前必需解决的技术问题。目前,散热和可靠性是LED照明产品生命周期的制约因素,散热设计一是要LED芯片与散热器件路径尽量短,二是要有足够的散热路径以减少散热阻力。

    LED照明的技术走向,主流光源应该是采用CoB(chiponboard)封装的专用白色LED模块,按灯具光学要求的CoB封装,同时也可减少二次光学设计成本。CoB封装的LED模块在底板上安装了多枚LED芯片,使用多枚芯片不仅能够提高亮度,还有助于实现LED芯片的科学合理配置,降低单个LED芯片的输入电流量以确保高效率。

    分布式恒流技术,不断优化“LED恒流驱动光源”整体解决方案,可持续提升LED模组的光效。同时,小型化的开关电源、持续优化散热设计,以及提高LED模块的密封性提高散热能力。这一切都是LED照明市场成长起来的必要技术条件,不客气地说,电源是目前LED照明最薄弱的环节,严重影响到LED灯具的质量水平,而众多国内企业的产品品质也确实到了必需提高的时候了。

    让成本下降、使技术成熟是整个产业链的事。LED产业链的上、中、下游分别为外延材料与芯片加工、产品器件与模块封装、显示与照明应用。

    LED外延片与芯片约占行业70%的利润,LED封装约占10%~20%,LED应用约占10%~20%.统计显示,我国半导体照明生产企业超过3000家,其中70%集中于产业的下游,国产LED外延材料、芯片以中低档为主,80%以上的功率型LED芯片、器件依赖进口。

    近年来,政府以撒胡椒面的方式兴建了若干LED照明产业基地,但中国的LED产业热仍是以70%的国人争夺LED的10%~20%利润份额为代价的。这就意味着,掌控LED核心技术的国外公司若不急于拉低LED成本,扎堆LED下游的中国LED业者只能以牺牲自己的利润去实现低价而让市场热起来,但没有技术支撑的下游产品,就算价格再便宜,又有多少人敢用呢。

    另外,LED照明发展的阻力除了本身的技术、规格、散热与价格等因素外,CFL节能灯、萤光灯技术也在发展,办公室照明系统中T5灯管的发光效率已达到100lm/W的水准,CFL节能灯也有3W规格的超小型产品问世,从目前LED与节能灯的性价比而言,LED照明的普及尚有较长的路要走。

    由于下游封装和应用所需的资金和技术要求相对较低,目前国内80%以上的LED企业都只有低端封装业务;而LED芯片及外延片等上游产业由于对技术和资金要求较高,因此涉足企业较少,发展相对滞后。由于设备占LED整个生产线购置成本近2/3,这也是LED产品难以降低的主要原因。2010年1月8日,国内首台自主研发的MOCVD设备在广东昭信半导体装备制造有限公司下线,在通过接下来的4个月数据测试后将进入设备量产阶段。

    据了解,缓冲分布式喷射反应室、整合ALD与CVD的工艺技术和MOCVD电场辅助生长,是昭信半导体MOCVD设备的创新点。采用BDS反应腔体,通过中心辐射流动与垂直喷淋流动的结合,吸收行星反应腔体层流,从而无需行星反应腔体所需的复杂运动。采用的气流模式可准确实现反应气体的瞬时切换,在保持腔体流场不变的情况下,可以实现反应气源从连续到脉冲注入的切换。加热炉体采用多区电阻片红外辐射加热方式,每个加热区域可以独立控制,可以实现大面积温度均匀可控,获得更广范围的加热温区。控制系统采用网络架构,实现传感器与执行器实时控制;根据不同外延工艺对实时性的敏感性进行了针对性设计,以保证生产的重复性与稳定性

    总部位于南昌研制GaN-on-SiMOCVD生长技术的晶能光电,近日开发出一款采用1×1mm芯片冷白光LED,在350mA电流下光输出超过100流明。目前绝大多数LED的生产是在一个蓝宝石或碳化硅衬底上沉淀多层GaN薄膜,而晶能认为,基于硅衬底生长的LED在成本节约和控制上将发挥更大潜力,并且性能丝毫不亚于传统工艺制作的LED,晶能光电称,其基于硅衬底的高功率InGaNLED性能接近于采用传统衬底生长的LED.据悉,该公司目前用于显示领域的小尺寸管芯(200micron)已经进入量产阶段。

    随着中国各级政府把LED照明视为经济新增长点,加上中国自身在技术上的提升,之前以后端应用和封装为主进入中国的境外LED投资者,开始触及高端技术项目。日前,旭瑞光电股份有限公司总投资3.5亿美元LED外延芯片项目在佛山市南海经济开发区奠基。专业设计和生产LED外延、高亮度大功率芯片,预计2013年在三期投资完成后,旭瑞光电将拥有超过100台MOCVD机台,能够同时生产4英寸、6英寸LED外延片和大功率、高亮度LED芯片,发光效率大于135lm/W,全面投产后月产LED芯片3.8亿颗。

    据悉,旭瑞光电主要股东--美国SemiLED(旭明光电),是全球唯一可以批量生产金属基座垂直结构芯片的企业。相比其它LED产品,金属基座垂直结构LED具有更好的电学性能和导热性能,可以增加亮度和发光效率,属于下一代普通照明LED技术。

    政府率先应用是LED照明技术实现产业化的推手。据上海市普陀区科委副主任李文波介绍,2006年9月建于上海普陀区的上海LED半导体照明研发应用中心以“政府引导、社会参与、企业为主”为运营管理模式,着力从科技研发、测试检验、示范基地和产业集聚4个方面展开工作。目前,该中心成功搭建了LED检测检验平台,积极推进LED标准的建立和实施;成功建设了“苏州河沿岸景观亮化应用项目”、“普陀区政府机关庭院灯光改造应用项目”和“普陀区图书馆新馆室内照明应用项目”等首批3个LED应用示范(试验)基地。李文波表示,2009年10月,国家发改委联合科技部、财政部等6部委发布了《半导体照明节能发展意见》,为我国半导体照明产业确立了明确的发展方向。上海会通过政府率先应用LED技术,通过将上海LED应用中心建设成为服务于上海、长三角地区乃至全国的、开放的LED公共服务平台,以期加快LED照明应用的进程。

 

关键字:LED照明

编辑:金继舒 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/LED/2010/0518/article_510.html
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现任华润矽威科技(上海)有限公司市场部经理/高工,上海市传感技术学会理事、副秘书长。

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