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高亮度LED芯片市场新格局及未来发展趋势分析
来源：esmchina
作者：章少华日 09:30
[导读] 当前，半导体照明市场的进一步发展要求蓝光LED芯片的光效要不断提升，成本要不断下降。目前科锐基于碳化硅的LED芯片已经实现了200lm/w光效产品的量产，研发水平光效可以达到276lm/w。在LED芯片成本下降和光效提升的这一竞赛中，目前正遇到以下几个发展瓶颈。
　　高亮度LED主要分为红外光的GaAs体系和AlGaAs体系，红、橙、黄、绿色的AlGaInP体系，绿色和蓝色的InGaN体系，以及紫外光的GaN和AlGaN体系。目前InGaN体系的蓝光光效已经较高，再结合四元系的红黄光，已经开始广泛地应用于照明、背光、显示、交通指示灯等领域。紫外光LED有着广阔的市场应用前景，半导体紫外光源在照明、杀菌、医疗、印刷、生化检测、高密度的信息储存和保密通讯等领域具有重大应用价值。红外光LED主要包括峰值波长从 850nm到940nm的红外LED，广泛应用于遥控器、驱动器、电脑鼠标、传感器、安全设备和显示器背光等领域，红外LED需求持续增长的驱动力主要来源于家用电器、安全系统和无线通讯产品等。
　　白光应用是蓝光LED芯片的重要市场，也是最为重要的发展方向，其采用蓝光芯片加YAG黄色荧光粉从而形成白光光源。目前，国际LED大厂在大功率蓝光芯片方面有着较为明显的优势，而国内LED芯片企业目前主要是在中小功率蓝光芯片方面有较大的发展，但由于前几年的过度投资引起了产能过剩，导致中小功率蓝光芯片市场出现了较为严重的&价格战&。对于蓝光LED芯片而言，主要的发展方向为硅基 LED芯片、高压LED芯片、倒装LED芯片等。对于中小功率LED芯片市场而言，目前主流市场的趋势为0.2-0.5W市场，封装形式包括2835、 5630以及COB封装等。对于其它细分领域，如垂直结构的芯片，封装后可以应用于指向性照明应用，如手电、矿灯、闪光灯、射灯等灯具产品中。
　　硅衬底LED芯片渐受关注
　　目前市场上主流的蓝光芯片一般都是在蓝宝石衬底上生长，其中以日本日亚公司为代表；此外还有一种蓝光芯片是在碳化硅衬底上生长，以美国科锐公司为代表。
　　近年来硅衬底上生长的蓝光LED芯片越来越受到人们的关注。硅衬底由于可以采用IC厂的自动生产线，比较容易采纳目前IC工厂的6寸和8寸线的成熟工艺，再加上大尺寸硅衬底成本相对低廉，因而未来硅衬底LED芯片的成本预期会大幅度下降，也可促进半导体照明的快速渗透。硅基LED芯片在特性有下列特点：
　　● 垂直结构，采用银反射镜镜，可使电流分布更均匀，从而实现大电流驱动；
　　● 硅衬底散热性好，有利于芯片的散热；
　　● 具有朗伯发光形貌，出光均匀，容易进行二次光学；
　　● 适于陶瓷基板封装；
　　● 适合于LED闪光灯和方向性较强的照明应用，可应用于室内、室外和便携式照明市场。
　　在硅基LED芯片的开发上，晶能光电在2009年就曾推出小功率硅基LED芯片，被广泛地应用于数码显示领域。2012年6月晶能光电在广州发布了新一代大功率硅基LED芯片产品，引起了国内外LED产业界的高度关注，推出了包括28mil、35mil、45mil和55mil在内的四款硅基大功率LED芯片，其中45mil芯片达到了120lm/w的光效，并在年底达到了130 lm/w，且可靠性良好。硅基LED芯片陶瓷封装后，与国际知名的产品相比，具有良好的性价比，引起了国内外封装厂和LED灯具厂的极大兴趣。据报道夏普和普瑞也宣布于2012年底实现了硅衬底白光芯片的量产，推出了两款白光芯片；另外，包括三星、欧司朗、晶电等大厂也正积极从事于硅基LED芯片的研究。
　　LED 市场正处于高速发展的阶段，LED芯片成本的进一步下降将促进半导体照明走入全家万户。由于硅衬底具有成本低、IC厂制造工艺成熟等特点，随着6-12寸大尺寸硅基LED技术的不断发展，硅基LED技术将在降低成本和提高生产效率方面具有巨大的优势，这对于LED产业会产生重大影响。
　　高亮度芯片面临的发展瓶颈
　　当前，半导体照明市场的进一步发展要求蓝光LED芯片的光效要不断提升，成本要不断下降。目前科锐基于碳化硅的LED芯片已经实现了200lm/w光效产品的量产，研发水平光效可以达到276lm/w。在LED芯片成本下降和光效提升的这一竞赛中，目前正遇到以下几个发展瓶颈。
　　第一是蓝光芯片存在的Droop效应。在大电流密度条件下，发光二极管的外量子效率会下降，有试验表明Droop效应是由包括俄歇效应在内的多种原因引起，这个效应限制了蓝光芯片在大电流密度下的使用，从而阻碍了流明成本的下降。
　　第二是绿色能隙（Green gap）和红色能隙（Red gap）。当波长从蓝光进入到绿光波段时，LED的量子效率会下降，如530nm的绿光量子效率下降很快；对于红光而言，在深红色光谱中内部量子效率可以达到100%，但对理想白光光源中的橘红色发光波长（如614nm）而言，其效率迅速下降。这些效应限制了绿光和红光芯片的光效提升，延缓了未来的高质量白光的产生。另外，绿光及黄光LED效率也受到本身极化场的冲击， 而这个效应会随着更高的铟原子浓度而变得更强。
　　第三是外延的异质生长问题。由于外延生长时晶体中存在缺陷，形成大的位错密度和缺陷，从而导致光效下降和寿命下降。目前蓝光芯片无论是碳化硅、蓝宝石、硅衬底技术都是异质外延，在衬底和外延晶体之间存在晶格失配导致位错，同时由于热膨胀系数的差别在外延生长后的降温过程中产生热应力，导致外延层出现缺陷、裂纹、晶片弯曲等。衬底的质量直接影响着外延层的晶体质量，从而影响光效和寿命。如果采用GaN同质衬底进行外延生长，利用非极性技术，可最大限度地减少活性层的缺陷，使得LED芯片的电流密度比传统芯片高5-10倍，大幅提高发光效率。据报道首尔半导体采用同质衬底开发的nPola新产品，与目前的LED相比，在相同面积上的亮度高出了5倍，但GaN同质衬底对于LED而言仍过于昂贵。
　　总体而言，在蓝光LED芯片的未来发展上，倒装芯片、高压芯片、硅基芯片等都是未来的主要发展趋势。倒装芯片由于散热好可以增大注入电流，不用打线可以提升产品在应用过程中的可靠性；高压LED芯片由于可以更加匹配供电电压能够提高电源转换效率，再加上定制的IC电源，最适合于LED球泡灯；硅基LED芯片由于可以在6寸或者8寸的硅衬底上进行外延生长，可以大幅度降低LED的成本，从而加速半导体照明应用时代的来临。对于其它颜色而言，红光LED芯片和绿光LED芯片的光效都还有很大的提升空间，随着红光和绿光LED芯片光效进一步的提升，未来白光不一定就是目前的蓝光LED芯片加黄色荧光粉的形式，也可能是RGB或其它的形式，未来白光的封装方式也可能会发生很大的变化。
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电信与信息服务业务经营许可证：粤B2-欧司朗邵嘉平：LED芯片与封装产业链技术趋势与市场前景
日-3日，第十四届中国国际半导体照明论坛暨 2017 国际第三代半导体论坛在北京顺义隆重召开。论坛由国家半导体照明工程研发及产业联盟、第三代半导体产业技术创新战略联盟、北京市顺义区人民政府主办，中关村科技园区顺义园管理委员会、北京半导体照明科技促进中心和北京麦肯桥新材料生产力促进中心有限公司承办。论坛同时得到了科技部、发改委、国标委和北京市科委等主管部门的大力支持。
随着LED光效的提高，一方面芯片越做越小，在一定大小的外延片上可切割的芯片数越来越多，从而降低单颗芯片的成本，另一方面单芯片功率越做越大，如现在是3W，将来会往5W、10W发展。这对有功率要求的照明应用可以减少芯片使用数，降低应用系统的成本。倒装法、高电压、硅基氮化镓仍将是半导体照明芯片的发展方向。
2日下午，由华灿光电、科锐光电、欧司朗、旭宇光电、北京康美特、易美芯光、有研稀土、乾照光电、北京工业大学光电子技术省部共建教育部重点实验室共同协办支持的“芯片、封装与模组技术分会上，来自
欧司朗光电半导体（中国）有限公司大中华区通用照明销售负责人邵嘉平分享了“LED芯片与封装产业链技术趋势与市场前景”主题报告。
目前对国内外销售渠道，对光品质，色彩饱和度和还原度，不同批次的一致性、重复性都是有区别的，我们的要求紧跟技术的发展，下一步的挑战都是紧密相连的。总的来说市场是在不断的发展和成熟，目前来看PCT支架或者是CSP，或者是专业灯具里面用的陶瓷基板，芯片封装的样式越来越多的共有的技术平台是在成熟化的。
现在大家都在谈论智能照明，无论是窄带物联网，你的可调色温，用投影的方式呈像或者是非呈像的方式去做，就跟车的大灯里面自适应的光速，你的像素点这样投影式的、呈像的光源相应的芯片和封装技术都是我们后面可以发展的。进一步来说，一个器件原来我们都是直接拿去做照明，但是如果我们能够把它跟手势识别、轮廓识别，跟系统的集成结合在一起，我相信我们的市场才有进一步延伸和拓展的可能性。
他认为，行业尽管在发生变化，美国、日本、韩国、台湾等国家和地区有人是在慢慢的退出，欧司朗的公司战略是让我们向一个高科技的公司转变。我们从高科技、红外全光谱的器件的制造、一致性这些方面是我们想突破、想进展的地方。
不管是中低功率，不同的应用，过去几年性能越来越提升，光效越来越高，性价比越来越提升，这种无休止的竞争靠什么？难道只是靠规模，靠这点价钱吗？最后还要跟你的应用结合。如果我不知道终端用户的最终需求，我们自己人为或者是我们自己做厂商，我要给他做全光谱，做调色是没用的。
所以，智能照明不是你停在嘴巴上讲我们每个人都做智慧城市，我们每个人都要做智慧楼宇，我们就从简单的环境光、传感器，基于原来的条件，传统的运动传感器现在变成我新的用一个倒装结构的LED和传感器加到灯具上面，你的灯具能够适应更多的应用场合，所以要多聆听终端的用户，多聆听终端的使用场景，由这些用户的终端需求推到我们的芯片进行研发。
最后，邵总表示从外延芯片到不同的封装、模组的路线，希望我们能够在中国大的市场当中，我们肯定是这样大的公司，在不同的公司应用，在公平的环境当中从竞争当中获胜。（根据现场速记整理，如有出入敬请谅解！）
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