技術(shù)的進步不但推動科技和行業(yè)的發(fā)展與進步，使行業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)出階段性的特點，并擁有時代特征?；仡?015，CSP、UV LED、量子點LED、石墨烯、硅襯底……都是過去一年LED產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展的熱點關(guān)鍵詞。
CSP
CSP（Chip ScalePackage），是一種新的芯片尺寸級封裝技術(shù)，封裝尺寸和芯片核心尺寸基本相同，內(nèi)核面積與封裝面積比例約為1:1.1，凡是符合這一標(biāo)準(zhǔn)的封裝都可以稱之為“CSP”。因其單元面積的光通量最大化（高光密度）以及芯片與封裝BOM成本最大比（低封裝成本）使CSP有望在lm/$而上打開顛覆性的突破口，被認為是 “終極”封裝形式。CSP在降低成本上具有潛在優(yōu)勢，除此之外，在其他環(huán)節(jié)也具有明顯優(yōu)勢，如在燈具設(shè)計上，由于CSP封裝尺寸大大減小，可使燈具設(shè)計更加靈活，結(jié)構(gòu)也會更加緊湊簡潔。在性能上，由于CSP的小發(fā)光面、高光密特性，易于光學(xué)指向性控制；利用倒裝芯片的電極設(shè)計，使其電流分配更家均衡，適合更大電流驅(qū)動；Droop效應(yīng)的減緩，以及減少了光吸收，使CSP具有進一步提升光效的空間。在工藝上，藍寶石使熒光粉與芯片MQW區(qū)的距離增加，熒光粉溫度更低，白光轉(zhuǎn)換效率也更高。因此，CSP被行業(yè)寄予期望，甚至在業(yè)內(nèi)流傳“CSP技術(shù)早晚要革了封裝廠的命，只是時間還未到”的說法。對此，有業(yè)內(nèi)人士表示，技術(shù)的產(chǎn)生無論是“反對派”的質(zhì)疑，還是“支持派”的堅挺，CSP技術(shù)產(chǎn)品確確實實已經(jīng)出來并上市。雖然當(dāng)前會面臨光效低、焊接困難、光色一致性等問題，但其發(fā)光面小、高光密度、顏色均勻、體積小增加應(yīng)用端靈活性、成本下降空間潛力大等特點，似乎也預(yù)示CSP技術(shù)將會是LED 封裝未來發(fā)展趨勢。“我們不僅要看到新技術(shù)的長處，還要看到有些短處要去彌補，有爭議、有不足才能更好的促進CSP技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展。對于未來能否都革了封裝廠的命，還有待時間去驗證。”
UV LED
UV LED一般指單波長在400nm以下的不可見光，又稱紫外LED。具有方向性能好、低電壓、綠色環(huán)保、波長可測、長壽命、輕便靈活、切換迅速、耐震耐潮等優(yōu)點。隨著深紫外LED（發(fā)光波長短于300nm）關(guān)鍵技術(shù)的不斷突破，紫外光源應(yīng)用到了日常生活、生產(chǎn)科研、國土安全、生物醫(yī)療、生物探測、全天候非視距保密通訊等諸多領(lǐng)域。相關(guān)數(shù)據(jù)預(yù)測，過去幾年UV LED的市場年增長率平均達到28.5%，而在接下來的幾年中將加速增長，預(yù)計到2019年將達到5億美金。專家預(yù)測，未來氮化物深紫外LED作為下一代紫外光源，在工業(yè)生產(chǎn)、家庭衛(wèi)生、生物醫(yī)療、通信安全等眾多領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景，因此應(yīng)及早部署，把握先機，才能成為未來市場的領(lǐng)導(dǎo)者。不過，這其中，材料制備技術(shù)仍是目前深紫外LED期間的瓶頸。
量子點LED
量子點（Quantum Dot，QD），一種全新概念的納米級半導(dǎo)體發(fā)光粒子，1981年被發(fā)現(xiàn)。其組成元素不僅局限于Ⅱ-Ⅵ族（BaS、CdTe等）、Ⅲ-Ⅴ族（GaAs、InGaAs）、Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族（AgInS2等）的幾種元素，未來還將有更多體系組成將被開發(fā)出來。量子點是量子點LED（QLED）發(fā)光的基本材料。發(fā)光形式有兩種：一是采用在GaN基LED中作為光轉(zhuǎn)換層，有效吸收藍光發(fā)射出波長在可見光范圍內(nèi)精確可調(diào)的各色光；二是采用其電致發(fā)光形式，將其涂敷于薄膜電極之間而發(fā)光，實現(xiàn)QLED發(fā)光。作為照明用的量子點LED（QLED）優(yōu)點有三：一，能發(fā)射出全光譜，即涵蓋整個可見光和紅外光區(qū)；二，它們能局限量子發(fā)光性質(zhì)，并釋放出較小頻寬的色光，發(fā)射出的波長半寬度在20 nm以下，因而呈現(xiàn)出更加飽和的光色；三，量子效率可達90%，以后還將會有更高的提升空間。隨著量子點制備技術(shù)的提高，尤其是量子點技術(shù)的光譜隨尺寸可調(diào)、斯托克斯位移大、發(fā)光效率高、發(fā)光穩(wěn)定性好等一系列獨特的光學(xué)性能，使其更成為近年來研究的焦點，并取得了重大進展。目前，量子點LED（QLED）光源也在實驗室里誕生。且更有預(yù)測顯示，未來15年量子點LED將點亮全球。量子點已經(jīng)對LED技術(shù)產(chǎn)生了廣泛的商業(yè)影響，當(dāng)前，改善其制造步驟并提高利潤是研究領(lǐng)域的重點。據(jù)報道，美國俄勒岡州立大學(xué)的研究人員已展示了一種新的量子點制造技術(shù)，不僅能保證所造量子點的大小和形狀始終如一，還能進行更精確的顏色控制，可能意味著LED照明新時代的來臨。
石墨烯
石墨烯（Graphene）是從石墨材料中剝離出來得，由碳原子以特殊結(jié)構(gòu)排列組成的只有一層原子厚度的二維晶體。是目前已知的自然界最薄、強度最高的材料，斷裂強度比最好的鋼材高200倍。它不僅是世界上最硬的材料，而且柔韌性也最強，具有很好的彈性，可以被無限拉伸，拉伸幅度能達到自身尺寸的20%，可抵抗很大的壓力，而且具有非同尋常的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，被稱之為“奇跡材料”。石墨烯的奇特之處在于“零滲透”，所有氣體、液體都無法滲透，使得石墨烯產(chǎn)品有了“針插不進、水潑不進”的本事。不僅如此，石墨烯還具有超強吸附性，和具有非常好的透光性，適合作為透明電子產(chǎn)品原料。石墨烯不僅技術(shù)含量非常高、應(yīng)用潛力也非常廣泛的碳材料。作為高新科技材料，石墨烯在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)、光伏產(chǎn)業(yè)、鋰離子電池、航天、軍工、新一代顯示器等傳統(tǒng)領(lǐng)域和新興領(lǐng)域都將帶來革命性的技術(shù)進步。
硅襯底技術(shù)
硅襯底技術(shù)是LED芯片襯底主要有三條技術(shù)路線之一。即碳化硅襯底、藍寶石襯底、硅襯底。其中，碳化硅襯底技術(shù)走的是“貴族路線”，成本高昂，其襯底及LED制備技術(shù)被美國公司壟斷。藍寶石襯底技術(shù)則主要掌握在日本公司手中，成本較低，是目前市場上的主流路線；但藍寶石晶圓散熱較差，晶體垂直生長困難很難做到大尺寸、無法制作垂直結(jié)構(gòu)的器件，襯底也較難剝離。而第三條路線就是中國自主發(fā)展起來的硅襯底技術(shù)，它彌補了前兩大技術(shù)路線之不足。作為第三條LED芯片制造技術(shù)路線的硅襯底技術(shù)與其他兩種相比具有四大優(yōu)勢：一是硅材料比藍寶石和碳化硅價格便宜，且生產(chǎn)效率更高，因此成本低廉，能使LED芯片成本比藍寶石襯底芯片大幅降低；二是器件具有優(yōu)良的性能，芯片的抗靜電性能好、壽命長、可承受的電流密度高；三是芯片封裝工藝簡單，芯片為上下電極，單引線垂直結(jié)構(gòu)，在器件封裝時，只需單電極引線，簡化封裝工藝的同時，更節(jié)約封裝成本；四是具有自主知識產(chǎn)權(quán)，產(chǎn)品可銷往國際市場，不受國際專利的限制。有產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟學(xué)家表示，在成本持續(xù)下降的背景下，硅襯底技術(shù)如若能獲得資本大力追捧，LED產(chǎn)業(yè)格局有望被重塑。從國家戰(zhàn)略層面講，硅基氮化鎵技術(shù)是我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)路線，可以構(gòu)建中國完全自主的LED產(chǎn)業(yè)；從產(chǎn)業(yè)層面講，基于硅材料的價格低廉和易于獲取、硅基氮化鎵技術(shù)的優(yōu)勢，利用成熟的集成電路產(chǎn)能，可以推動從設(shè)備到芯片、封裝等全產(chǎn)業(yè)鏈成本大為下降?！肮杌壖夹g(shù)接下來應(yīng)該會得到國家相關(guān)政策的進一步扶持和支持，這對LED整個產(chǎn)業(yè)鏈都將會有巨大的影響，我們非常期待這些政策的落地?！睒I(yè)內(nèi)人士表示。另據(jù)報道，“硅襯底高光效GaN基藍色發(fā)光二極管”獲得“2015年國家技術(shù)發(fā)明一等獎”，因而多家LED公司已率先開始布局。“硅襯底高光效GaN基藍色發(fā)光二極管”由江西省申報，項目主要參與人員包括南昌大學(xué)的江風(fēng)益教授、晶能光電（江西）有限公司的孫錢等人。
LiFi：LED 下一個殺手級應(yīng)用？
LiFi技術(shù)已經(jīng)不陌生，基于可見光通信技術(shù)下開發(fā)的可穿戴設(shè)備將在未來大面積推廣普及，而智慧照明的理念也將深入日常生活的方方面面，包括智能家裝、農(nóng)業(yè)照明、醫(yī)療應(yīng)用等多個領(lǐng)域。
2014年諾貝爾物理學(xué)獎得主中村修二預(yù)言，LED產(chǎn)業(yè)的下個殺手級應(yīng)用在可見光通訊（LiFi）。中村修二指出，現(xiàn)有通訊方式主要以光纖有線通訊搭配微波無線通訊（如WiFi）為主，但WiFi的易遭攔截、微波有害人體成為被詬病的兩大缺點。而以LED光線做為傳輸訊號的載具，就沒有這些問題，只要訊號一遭攔截，光就被遮斷，肉眼立刻能夠察覺，安全性更高。另外，LED光線沒有微波，不傷害人體，也不會干擾儀器，目前在醫(yī)院、飛機機艙等條件限制較高的場所，均已使用。相對于WiFi，LiFi LED燈的數(shù)據(jù)傳輸速率在提升，且可見光不能穿越墻壁，家庭上網(wǎng)將變得更加安全。此外，在精確定位領(lǐng)域，LiFi也展示出了優(yōu)勢。支持者認為，LiFi技術(shù)具有替代WiFi 的基礎(chǔ)。不過也有人認為，LiFi的替代效應(yīng)雖然存在，不過將可見光作為通信載體還有一定局限性，未來，LiFi可能會與WiFi 互補共存，應(yīng)用于智慧城市?；パa與共存，都說明LIFI 具有不可忽視的作用。雖然LED光通訊的應(yīng)用，不過，業(yè)界人士表示，未來若普及，只要有光線，就有訊號。例如打開桌上的臺燈，可下載影音。站在路燈下可以上網(wǎng)查地圖；在超市的各個架位，也可透過光線來發(fā)送不同產(chǎn)品訊息給消費者。甚至在水面下的海底探勘，只要燈光照得到就能傳輸訊號。
目前，LiFi技術(shù)還處在發(fā)展階段，大部分還依舊停留在實驗室階段，對于LiFi技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化等問題需解決，也未被大規(guī)模開發(fā)與應(yīng)用，但未來也業(yè)界所看好，認為其必然成為LED應(yīng)用的重要方向。現(xiàn)日本、美國、英國、德國、法國和中國都在全力開發(fā)可見光通信技術(shù)，預(yù)計LiFi技術(shù)提供的解決方案會在全球創(chuàng)造一個全新的信息市場。
技術(shù)布局：第三代半導(dǎo)體照明材料
第三代半導(dǎo)體材料是近年來迅速發(fā)展起來的以GaN、SiC和ZnO為代表的新型半導(dǎo)體材料，具有禁帶寬度大，擊穿電場高、熱導(dǎo)率高、電子飽和速率高及抗輻射能力強的優(yōu)點，是固態(tài)光源和電力電子、微波射頻器件的“核芯”，在半導(dǎo)體照明、新一代移動通信、智能電網(wǎng)、高速軌道交通、新能源汽車、消費類電子等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，可望成為支撐信息、能源、交通、國防等發(fā)展的重點新材料，正在成為全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)新的戰(zhàn)略高地。據(jù)預(yù)測，到2020年，第三代半導(dǎo)體技術(shù)的應(yīng)用將催生我國在上述三大領(lǐng)域均出現(xiàn)上萬億元的潛在市場價值，屆時將催生巨大市場應(yīng)用空間。 我國政府十分重視第三代半導(dǎo)體材料與器件的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化，在政府的持續(xù)部署支持下，我國材料研發(fā)的整體水平與國際上差距不大，如在第三代半導(dǎo)體材料第一個產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用方面--半導(dǎo)體照明已經(jīng)在關(guān)鍵技術(shù)上實現(xiàn)突破，創(chuàng)新應(yīng)用國際領(lǐng)先；在第三代半導(dǎo)體電子器件應(yīng)用方面，在移動通訊、光伏逆變、雷達領(lǐng)域已有少量示范應(yīng)用。
