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2013年LED照明十大关键技术
新闻来源:    点击数:2882    更新时间:2013/9/24 12:18:46    收藏此页

  OLED称为有机发光二极管,是基于有机半导体材料的发光二极管。OLED由于具有全固态、主动发光、高对比、超薄、低功耗、无视角限制、响应速度快、工作温度范围宽、易于实现柔性和大面积、功耗低等诸多优点。目前OLED已在手机终端等小尺寸显示领域得到应用,在大尺寸电视和照明领域的发展潜力也得到业界的认可。OLED已经被视为21世纪最具前途的显示和照明产品之一。


  而OLED,正是从2012年正式登上了照明的舞台,虽然目前只是一个小角色,但是对LED有不小的替代威胁。


  在4月的法兰克福展上,Philips首次展示出最新OLED技术的LumibladeOLEDGL350面板,每片GL350OLED面板尺寸约155平方公分,亮度可达115LM。


  而在2012年5月8日-11日的美国拉斯维加斯照明展上,Philips再次展出了一个OLED镜子的产品,它会自动感应人体的接近与否,自动把周围的OLED光源模组做调整,中间变暗变成具备镜子的效果。成功的将智慧灯具和OLED的概念整合在一起。


  作为全球照明市场领导品牌的Philips,押宝OLED的意味非常明显。


  但是,OLED应用于照明领域,光效却是一个不小的考验。在显示领域OLED亮度达到100——300cd/cm2就可以得到应用,然而在照明用途中,亮度至少要达到1000——3000cd/cm2。未来几年,OLED与LED在照明领域的此消彼长的速率,将取决于OLED光效追赶的进度。


  关键字二:PSS


  PSS(PatternedSapphireSubstrate),也就是在蓝宝石衬底上生长干法刻蚀用掩膜,用标准的光刻制程将掩膜刻出图形,利用ICP刻蚀技术刻蚀蓝宝石,并去掉掩膜,再在其上生长GaN材料,使GaN材料的纵向发展变为横向。一方面可以有效减少GaN外延材料的位元错密度,从而减小有源区的非辐射复合,提升内量子效率,减小反向漏电流,提高LED的寿命;另一方面有源区发出的光,经GaN和蓝宝石衬底接口多次散射,改变了全反射光的出射角,增加了倒装LED的光从蓝宝石衬底出射的几率,从而提高了光的提取效率。


  因此,PSS一时间成为外延厂商争相采用的提升亮度的主流技术,迅速的普及化,到2013年下半年PSS已经占到了全世界LED用蓝宝石基板的近八成。


  而上半年的时候,蓝宝石衬底平片价格跌入低谷,衬底厂商普遍的陷入亏损。而PSS因为市场需求强劲,一时间市场价格超过平片2倍以上,吸引蓝宝石基板厂加码部署,期望以此突破营收亏损的困境。然而随着新增产能逐渐投入使用,PSS价格下降的速度也是惊人之快。


  而一些大厂此时已经考虑采用更为先进的nPSS技术,nPSS的pitch不到1um,亮度能比PSS再提升3%到10%。而压印要比蚀刻的成本更低出1美金以上,稳定性及一致性表现也要好。期待靠PSS来拯救颓势的衬底厂恐怕又一次要失望,不过技术进步的路径谁又能猜得到?


  关键字三:非蓝宝石衬底


  除开CREE成功的商业化SiC衬底之外,人们已经习惯了衬底材料就是蓝宝石了。不过来到2013年,非蓝宝石衬底方案第一次对蓝宝石衬底的地位发起了有威胁的挑战。


  最有威胁的挑战无疑来自硅衬底,2013年1月12日,欧司朗宣传在150mm的硅片上成功长出GaN的外延,切成1mm2在350mA下亮度可以达到140lm,该项目是德国联邦教育和研究部资助的“硅上氮化镓”专案的一部分。


  而东芝的动作就更快一步,2013年12月中,原来并不涉足封装的东芝直接开卖LED,而芯片正是采用与美国普瑞(Bridgelux)合作的在8寸硅基板上生长的LED芯片。东芝共发布了四款现行产品的规格书,包括一款色温3000K,一款色温4000K及两款色温5000K的LED产品。其中在典型正向电压为2.9V时,350mA驱动色温5000K,显色指数为70的型号为TL1F1-NW0的LED,光效达到110lm/W。


  中国厂商晶能光电经过多年在硅衬底领域的耕耘,在2013年推出的发光效率超过120lm/W硅基大功率LED芯片产品,这对渴望自主知识产权的国产芯片是一个极大的利好消息。


  在中国工信部公布的2013年第十二届资讯产业重大技术发明评选结果中,晶能光电(江西)有限公司《硅衬底氮化镓基LED材料及大功率芯片技术》专案被评为资讯产业重大技术发明,并纳入《电子资讯产业发展基金专案指南》,享受国家电子资讯产业发展基金专案资金扶持。


  而GaN基同质外延也并不示弱,在2013年7月3日,首尔半导体全球首次发布了“npola”,单颗亮度达到500lm,中村修二博士专程去首尔去为发布会站台。而中村博士参与创办的SORAA公司更是以前瞻性的GaN-on-GaNLED技术获得了美国DOE下属的能源转换机构ARPA-E(AdvancedResearchProjectsAgency-Energy)的资助。


  而CREE在所谓SC3这种新一代技术平台下,连续推出多款刷新业界光效的量产LED产品,12月更推出XLamp系列MK-R在1W和25°C温度的条件下,可提供高达200lm/W的发光效率。再次提振SiC衬底LED在光效竞赛中综合实力排头地位。


  非蓝宝石衬底方案,不仅仅是一次次为产业界所共同关注,各国政府也都将之作为重要的基础研究而纳入政策视野,入选十大理所当然。


  关键字四:共晶技术


  另一项在2013年炙手可热的封装技术就是共晶。


  共晶是指在相对较低的温度下共晶焊料发生共晶物熔合的现象,共晶合金直接从固态变到液态,而不经过塑性阶段,是一个液态同时生成两个固态的平衡反应。其熔化温度称共晶温度。


  共晶焊接技术最关键是共晶材料的选择及焊接温度的控制。如采用共晶焊接,晶粒底部可以采用纯锡(Sn)或金锡(Au-Sn)等合金作接触面镀层,晶粒可焊接于镀有金或银的基板上。当基板被加热至适合的共晶温度时,金或银元素渗透到金锡合金层,合金层成份的改变提高溶点,令共晶层固化并将LED紧固的焊于热沉或基板上。共晶层和热沉或基板完全的键合为一体,打破从芯片到基板的散热系统中的热瓶颈,提升LED寿命。


  虽然此前这项技术就被大厂所采用,不过通常的芯片结构因为是蓝宝石衬底而不能适用共晶技术。但是到2013年伴随非蓝宝石衬底的芯片方案增多,另外加上采用蓝宝石衬底的大功率芯片厂商推出了更多倒装结构的芯片,使得共晶技术成为中国封装厂商提升技术竞争力的选项。因而瑞丰,天电等不少厂商不惜重金购置昂贵的共晶固晶设备。


  关键字五:HVLED


  HVLED顾名思义就是高压LED,与传统DCLED相比,具有封装成本低、暖白光效高、驱动电源效率高,线路损耗低等优势。具体来说:


  1、HVLED直接在芯片级就实现了微晶粒的串并联,使其在低电流高电压下工作,将简化芯片固晶、键合数量,封装成本降低。


  2、HV芯片在单位面积内形成多颗微晶粒集成,避免了芯片间BIN内如波长、电压、亮度跨度带来的一致性问题;


  3、HVLED芯片是在小电流下驱动的功率型芯片,可以与红光LED芯片集成+黄色萤光粉形成暖白光,比传统DCLED+红色萤光粉+黄色萤光粉形成的暖白光出光效率高,并缩短了LED暖白与冷白封装光效的差距,且更易实现光源的高显指;


  4、HVLED由于自身工作电压高,容易实现封装成品工作电压接近市电,提高了驱动电源的转换效率;由于工作电流低,其在成品应用中的线路损耗也将明显低于传统DC功率LED芯片。


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