訪工信部半導體照明技術標準工作組副組長彭萬華:

　　在產業鏈各環節技術水平快速進步的推動下，國內LED產業全面向好，市場呈現一片繁榮景象。但是在新技術層出不窮的背景下，企業如何才能少走彎路，把有限的技術研發力量投入到合適的技術路線上?為此，《中國電子報》記者近日采訪了LED業界知名專家、工信部半導體照明技術標準工作組副組長彭萬華，為業界梳理當前LED產業技術發展脈絡。

　　國內LED產值增長快 技術發展水平一般

　　記者：目前，國內外LED產業技術發展有哪些新變化和新特點?

　　彭萬華：就2013年全球LED產值來看，日本、韓國、我國臺灣、我國大陸各占20%左右。應該說，國內LED產值增長很快。但相對來說，在國內產值迅速增長的同時，LED技術發展水平卻比較一般。反之，國外LED產值增長一般，技術發展卻很快。

　　LED的主要技術指標是發光效率。據報道，世界上幾個主要企業的LED封裝實驗室水平均已超過200lm/w，其中美國Cree公司的實驗室水平達到303lm/w。我們知道，美國SSL計劃的產業化目標是把LED的發光效率提高到250lm/w，并把價格降低至0.5美元/klm。而其目前產業化水平為120lm/w～150lm/w，價格約為3美元/klm。

　　就LED照明整燈水平來看，Cree、飛利浦等企業的產品已經超過200lm/w，歐司朗直管燈產品據報道已達215lm/w。但是，目前國內的產業化水平還只有100lm/w～130lm/w，當然，價格水平也相對較低。

　　產業鏈上游不斷突破

　　LED封裝日趨多元

　　記者：上游是LED產業鏈的核心技術所在，目前核心技術有哪些新的進展?

　　彭萬華：的確，產業鏈上游是LED的核心技術所在，一般來說，包括襯底、外延、芯片3個環節。首先來看襯底，目前研發的關鍵問題是晶格匹配和熱匹配問題。在襯底上外延生長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。有專家預測，2015年將是藍寶石、Si、GaN同質外延襯底三分天下的時期，而2016年將以6英寸圓片為主。

　　同時，為了生長更高質量的GaN晶體，減少缺陷、位錯，并進一步降低成本，業界正致力于新襯底的研究開發，比如8英寸Si襯底、低溫生長GaN同質襯底、半極性和非極性襯底、介質復合襯底、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，一批新的外延技術也誕生了，如GaN同質外延、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、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。

　　如果按出光面和尺寸大小來區分，LED芯片可分為多種不同的產品形式，最主要的有3種，包括正裝、倒裝、垂直結構(含薄膜結構)。按功率來區分的話，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，隨著技術的發展，也出現了其他的結構形式，比如6面出光的芯片結構，Cree公司專有的DA芯片結構(在SiC襯底上生長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，其技術發展的原則都是要緊跟LED應用產品的發展需求。萬變不離其宗，LED封裝技術的基本內容就是提高出光效率，提高光色質量，提高可靠性和產品性價比(降低成本)。

　　如果對這些封裝新結構、新技術進行總結，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、免封裝芯片技術等都屬于LED光集成封裝技術。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(塑料支架式)、COG封裝(玻璃基板)、QFN封裝技術(小間距像素單元)、3D封裝技術、功率框架封裝技術等。

　　應用集中于三大領域

　　技術聚焦十大熱點

　　記者：產業鏈各環節的技術創新終究還是為應用服務，當前LED應用技術發展聚焦于哪些熱點?

　　彭萬華：目前看來，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;最后是非視覺照明，如生態農業、醫療保健等。這些都具有很好的發展前景。

　　結合以上應用，我認為LED應用技術發展可以歸納為十大熱點問題。

　　一是LED光源及燈具的總能效。總能效=內量子效率×芯片取光效率×封裝出光效率×熒光粉激發效率×電源效率×燈具效率。目前這個值連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題，要從各個環節確保產品的可靠性，才能達到2萬～3萬個小時的使用壽命。

　　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展方向，要重點解決的是光組件接口及驅動電源問題。

　　五是LED光源的安全性。要解決光生物安全、超亮、光閃爍等問題，特別是頻閃問題。

　　六是現代LED照明。LED照明光源及燈具要簡潔、美觀、實用，采用數字化、智能化技術，讓LED照明環境更舒適，更符合個性化需求。

　　七是智能照明。結合通信、傳感、云計算、物聯網等手段，對LED照明進行有效控制，實現照明多功能化和節能化，提高照明環境的舒適度。這也是LED應用的主要發展方向。

　　八是非視覺照明應用。在這一LED應用新領域，有人預測，其市場規模有望超過千億元。其中，生態農業包括植物育苗、生長、畜禽養殖、防治害蟲等;醫療保健包括治療某些疾病、改善睡眠環境、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，并在發展P0.8mm～0.6mm產品，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，提高性價比。前面提到，LED產品的目標價格是0.5美元/klm，因此要在LED產業鏈的各個環節，包括襯底、外延、芯片、封裝、應用設計等方面，都采用新技術、新工藝、新材料，使成本不斷下降，提高性價比。這樣才能最終為人們提供節能、環保、健康、舒適的LED照明環境。