藍光LED發明獲諾獎，LED的重要性可見一斑

　　2014年，3名日本出生的科學家曾因發現一種藍色發光二極管(LED)而獲得諾貝爾物理學獎。獲獎理由是：藍光LED幫助人們以更節能的方式獲得白色光源，依據這一原理問世的LED燈“將點亮整個21世紀”。

　　圖：用藍光LED拼成的諾貝爾簽名(來源：網絡)

　　LED光源與傳統光源相比具有節能、耐久等優勢。如今，隨著LED顯示技術的迭代和產品成本的大幅下降，LED的應用已越來越廣泛，例如照明、顯示、傳感器等。

　　不過，隨著LED照明、顯示等的成熟，生產逐步向亞洲尤其中國等生產成本較為低廉的國家轉移，一些昔日歐美LED大廠近幾年感到增長乏力，轉型去做LED不可見光/傳感或干脆購買其他高科技業務也維持成長等。

　　其實，LED市場深入下去，還是有很多地方可以滲透。

　　近日，電子產品世界記者走訪了有45年LED制造歷史的ROHM公司，看到了該公司正在挖掘一些LED的新市場。

　　ROHM見證了LED的發展史

　　與三位諾獎獲得者是老鄉的ROHM公司成立于1958年。從1973年就開始了LED生產，可謂最早從事LED生產的先驅之一。從該公司的LED發展里程碑，或許就可看到LED的技術發展軌跡及未來趨向。

　　圖 ROHM的LED里程碑

　　由上圖可見，ROHM 1973年已出現紅光產品，1996年生產貼片式LED，有了綠光LED。2002年推出了藍色貼片LED。如果了解LED的發展史，可以知道ROHM在LED創新產品的推出方面非常快。

　　這里需要再提一下本文一開始提到的諾獎，為何發明藍光LED能獲殊榮?其實在20世紀60年代末，通過在砷化鎵基體上使用磷化物，第一個紅光LED產生，之后有綠光LED等產品，但僅有紅、黃和綠無法制造出白光LED，LED的照明功能便不存在，必須找到三原色(紅綠藍)中的藍色。

　　上世紀80年代末，赤崎勇當年在氮化鎵研究中，和學生天野浩首次實現了氮化鎵的PN結，為利用氮化鎵材料制造藍色LED奠定了基礎。在解決藍光LED實用化問題方面，1993年，還是碩士研究生的中村修二成功地制造出高品質的氮化鎵，首次推出了LED照明產品。不久，白光LED很快問世。

　　而ROHM的LED路線圖見證了LED的發展史。2007年后出現了白光LED，2007年推出PICOLED(超小型、薄型LED)，2009年超高亮度、薄型RGB(紅綠藍)開始生產，2013年帶透鏡表面貼裝LED開始生產，2016年帶反射鏡的超小型高亮度RGB投產，2018年業界標準1608產品陣容擴充。

　　據ROHM光學模塊生產本部LED制造部商品企劃組組長吉田晃久稱，隨著LED技術與生產的成熟，ROHM把競爭焦點定位于獨有的生產技術和品質管理方面。主要主攻以下四個方面。

　　*小型化。利用ROHM獨有的生產技術實現元件薄型化，通過減少金線的環路，實現0.2mm的業界最薄高度。

　　*單亮度等級。從元件制造階段開始 就融入技術優勢并 嚴格貫徹品質理念， 消除亮度波動。

　　*通用色彩。考慮到色覺多樣性，提高可視性。色彩識別因色覺而異，色弱者會把綠色和紅色看成偏黃色，所以產品設計可采用色弱者也容易識別的綠色。值得注意的是，這部分是小眾市場，很難盈利，做此是為了補齊產品線和服務社會。

　　圖：色弱者的調色

　　*抗硫化。3528尺寸的抗硫化性能更加優異，保持持久的高亮度LED。在室外場合，有時會出現這樣的現象，LED用過一段時間就不那么亮了，原來是空氣中的硫與LED中的銀發生了化學反應，生成了黑色的硫化銀，影響了LED光的側壁反射。空氣中的硫主要來自汽車和煙霧的尾氣、輪胎和溫泉(例如硫磺泉)等環境中，為了保證LED燈的亮度，ROHM推出了抗硫化LED，可用于工業設備、汽車剎車燈、轉向燈、戶外顯示設備等產品中。

　　抗硫化的獨具匠心

　　不久前，ROHM開發出業界首款完全無銀的高亮度紅色LED“SML-Y18U2T”。

　　據ROHM半導體(上海)有限公司設計中心副所長水原德健先生稱，此次開發的產品是用金等其他材料取代了以往晶片鍵合焊膏及框架所使用的銀，實現了完全無銀化。此舉消除了由于銀受到腐蝕而引起LED亮度衰減現象，可提高應用的可靠性。例如，將以往產品和新產品分別在硫化試驗條件下使用240個小時(10天)后，新產品的光通量相比舊產品可改善約40%。這10天實驗，相當于LED 3~5萬小時處于硫化環境下。

　　下一步，ROHM還會推出滿足轉向燈的橙色燈等產品。

　　那么，為何要用金代替銀?具體工藝是如何實現的?從LED的結構圖來看，人們所看到的LED光來自兩方面，一方面是直接發射的光，一類是側壁反射的光(如下圖)。一直以來，存在元件晶片鍵合所用的焊膏部位變黑，導致側壁反射光減少，從而使LED發光強度降低的問題。

　　但是，ROHM利用從元件到封裝垂直統合型生產體制的優勢，晶片鍵合采用金錫(AuSu)，引線采用金，框架采用金鈀(AuPd)，實現了完全無銀化，從而使產品同時具備高亮度與優異的抗硫化性能。為何框架采用金鈀?因為容易附著在框架上。

　　那么，有了這些原理，競爭對手是否也快會這樣做出來?據說晶片鍵合采用金錫(AuSu)、框架采用金鈀(AuPd)等的工藝實現還是有一定難度的，因為ROHM有垂直統合型的生產優勢，有利于這些工藝的開發和生產。

　　另外，ROHM產品的特點是由于嚴格的品質管理，每個超小型產品都有可追溯的體制，且采用與車載級品質相應的工序管理制度。筆者在這里也引申一下，筆者最近在寫智能制造方面的文章，“可追溯性”很重要，因為現代制造流程有時有幾百上千個工序，“可追溯性”可盡快找到上游產品的缺陷出現在哪里，以大大提升智能制造的效率、減少浪費。例如，客戶要訂10輛汽車，假設你的良率較低，需要生產20輛車，其中10輛滿足客戶要求;而如果高良率的制造，10輛一次成功，就節約了成本。

　　那么，抗硫化LED的“含金量”提升了，成本是否會提升?水原先生說由于含金量很少，幾乎沒有什么成本增加。

　小結

　　LED在創新中誕生，在高歌猛進中照亮了世界，如今又逐漸下沉到細分的注重品質的市場區塊，需要LED廠商更加用心地挖掘不同客戶的個性化需求。

　　LED的先驅ROHM也經歷了市場的多次洗牌和蛻變，仍保持當年三位日本科學家發明藍光LED時的執著創新精神，希望其2018年的LED銷量再創佳績。

　　圖：ROHM的LED應用分布，及近年銷量和預測