白光應(yīng)用是藍(lán)光LED芯片的重要市場，也是最為重要的發(fā)展方向,其采用藍(lán)光芯片加YAG黃色熒光粉從而形成白光光源。目前，國際LED大廠在大功率藍(lán)光芯片方面有著較為明顯的優(yōu)勢，而國內(nèi)LED芯片企業(yè)目前主要是在中小功率藍(lán)光芯片方面有較大的發(fā)展，但由于前幾年的過度投資引起了產(chǎn)能過剩，導(dǎo)致中小功率藍(lán)光芯片市場出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的“價格戰(zhàn)”。對于藍(lán)光LED芯片而言，主要的發(fā)展方向為硅基LED芯片、高壓LED芯片、倒裝LED芯片等。對于中小功率LED芯片市場而言，目前主流市場的趨勢為0.2-0.5W市場，封裝形式包括2835、5630以及COB封裝等。對于其它細(xì)分領(lǐng)域，如垂直結(jié)構(gòu)的芯片，封裝后可以應(yīng)用于指向性照明應(yīng)用，如手電、礦燈、閃光燈、射燈等燈具產(chǎn)品中。
硅襯底LED芯片漸受關(guān)注
目前市場上主流的藍(lán)光芯片一般都是在藍(lán)寶石襯底上生長，其中以日本日亞公司為代表；此外還有一種藍(lán)光芯片是在碳化硅襯底上生長，以美國科銳公司為代表。
近年來硅襯底上生長的藍(lán)光LED芯片越來越受到人們的關(guān)注。硅襯底由于可以采用IC廠的自動生產(chǎn)線，比較容易采納目前IC工廠的6寸和8寸線的成熟工藝，再加上大尺寸硅襯底成本相對低廉，因而未來硅襯底LED芯片的成本預(yù)期會大幅度下降，也可促進(jìn)半導(dǎo)體照明的快速滲透。硅基LED芯片在特性有下列特點：
● 垂直結(jié)構(gòu)，采用銀反射鏡鏡，可使電流分布更均勻，從而實現(xiàn)大電流驅(qū)動；
● 硅襯底散熱性好，有利于芯片的散熱；
● 具有朗伯發(fā)光形貌，出光均勻，容易進(jìn)行二次光學(xué)；
● 適于陶瓷基板封裝；
● 適合于LED閃光燈和方向性較強的照明應(yīng)用，可應(yīng)用于室內(nèi)、室外和便攜式照明市場。
在硅基LED芯片的開發(fā)上，晶能光電在2009年就曾推出小功率硅基LED芯片，被廣泛地應(yīng)用于數(shù)碼顯示領(lǐng)域。2012年6月晶能光電在廣州發(fā)布了新一代大功率硅基LED芯片產(chǎn)品，引起了國內(nèi)外LED產(chǎn)業(yè)界的高度關(guān)注，推出了包括28mil、35mil、45mil和55mil在內(nèi)的四款硅基大功率LED芯片，其中45mil芯片達(dá)到了120lm/w的光效，并在年底達(dá)到了130 lm/w，且可靠性良好。硅基LED芯片陶瓷封裝后，與國際知名的產(chǎn)品相比，具有良好的性價比，引起了國內(nèi)外封裝廠和LED燈具廠的極大興趣。據(jù)報道夏普和普瑞也宣布于2012年底實現(xiàn)了硅襯底白光芯片的量產(chǎn)，推出了兩款白光芯片；另外，包括三星、歐司朗、晶電等大廠也正積極從事于硅基LED芯片的研究。
LED市場正處于高速發(fā)展的階段，LED芯片成本的進(jìn)一步下降將促進(jìn)半導(dǎo)體照明走入全家萬戶。由于硅襯底具有成本低、IC廠制造工藝成熟等特點，隨著6-12寸大尺寸硅基LED技術(shù)的不斷發(fā)展，硅基LED技術(shù)將在降低成本和提高生產(chǎn)效率方面具有巨大的優(yōu)勢，這對于LED產(chǎn)業(yè)會產(chǎn)生重大影響。
日前，以國際金融公司（IFC）為首的投資機構(gòu)宣布對晶能光電增資5550萬美元。晶能光電擁有的硅襯底LED技術(shù)具有自主知識產(chǎn)權(quán)，打破了目前日本日亞公司壟斷藍(lán)寶石襯底和美國Cree公司壟斷碳化硅襯底半導(dǎo)體照明技術(shù)的局面，形成了藍(lán)寶石、碳化硅、硅襯底半導(dǎo)體照明技術(shù)方案三足鼎立的局面。
晶能光電（江西）有限公司是以南昌大學(xué)發(fā)光材料與器件教育部工程研究中心為技術(shù)依托，由金沙江、淡馬錫等多家著名的創(chuàng)業(yè)投資基金共同投資建立，專門從事LED外延材料與芯片生產(chǎn)的高科技企業(yè)，目前注冊資金5500萬美元。國際金融公司則是世界上為發(fā)展中國家的私營企業(yè)提供股本金和貸款最多的多邊金融機構(gòu)，提供長期的商業(yè)融資。
以國際金融公司（IFC）為首的投資機構(gòu)對晶能光電進(jìn)行增資的簽約儀式在北京中國大飯店舉行。
LED廣泛應(yīng)用于顯示及照明等領(lǐng)域，具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長、使用安全等顯著優(yōu)點。在同等效果下，LED燈具的電能消耗僅為白熾燈的十分之一、日光燈的二分之一。中國照明用電每年在3000億度以上，如果用LED取代全部白熾燈和部分取代日光燈，可節(jié)省1/3的照明用電，約1000億度，相當(dāng)于一個動態(tài)投資超過2000億的三峽工程全年的發(fā)電量。因此，LED產(chǎn)業(yè)被公認(rèn)為是21世紀(jì)最具發(fā)展前景的高技術(shù)領(lǐng)域之一。
晶能光電擁有的硅襯底氮化鎵基LED材料與器件技術(shù)是一項改寫半導(dǎo)體照明歷史的顛覆性新技術(shù)，具有自主知識產(chǎn)權(quán)，目前已申請或獲得國際國內(nèi)發(fā)明專利150多項。相比前兩條技術(shù)路線而言，硅襯底LED技術(shù)具有材料成本低、器件散熱性好、結(jié)構(gòu)簡單等綜合優(yōu)勢，對于推動LED行業(yè)發(fā)展和成本降低、普及LED產(chǎn)品具有重大的現(xiàn)實意義。國家863專家組對此項技術(shù)的評價是：“……打破了目前日本日亞公司壟斷藍(lán)寶石襯底和美國Cree公司壟斷碳化硅襯底半導(dǎo)體照明技術(shù)的局面，形成了藍(lán)寶石、碳化硅、硅襯底半導(dǎo)體照明技術(shù)方案三足鼎立的局面?！?BR>
晶能光電董事長伍伸俊先生說：“晶能光電公司擁有顛覆性的技術(shù)，來自海內(nèi)外的技術(shù)精英和管理團(tuán)隊，為全球市場提供成本最低性能最好的半導(dǎo)體照明燈泡而努力，致力于在中國成就世界級的高科技公司?！?BR>
2009年以來，世界各國對低碳經(jīng)濟(jì)高度關(guān)注，促進(jìn)了LED產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。面對巨大的市場機會，晶能光電迅速制定并實施了擴(kuò)產(chǎn)計劃，率先與全球兩大供應(yīng)商之一Aixtron簽訂了MOCVD購買協(xié)議，是Aixtron當(dāng)時在中國大陸的最大訂單。到2010年底，該公司產(chǎn)能可達(dá)140億粒芯片。2011年，隨著MOCVD全部到貨，該公司年產(chǎn)能可達(dá)240億粒，成為國內(nèi)最大的外延材料及芯片制造企業(yè)之一。[!--empirenews.page--]
據(jù)悉，晶能光電一期產(chǎn)業(yè)化項目自量產(chǎn)以來，在全國已擁有100多家客戶。在高密度戶內(nèi)顯示屏以及數(shù)碼產(chǎn)品領(lǐng)域，由于該公司生產(chǎn)芯片的單電極結(jié)構(gòu)和性能優(yōu)勢，得到了客戶充分肯定和認(rèn)可。目前其產(chǎn)品水平已經(jīng)突破每瓦100lm，并成功應(yīng)用于路燈和球泡燈。
晶能光電目前生產(chǎn)的芯片具有如下三大優(yōu)勢：
（一）具有原創(chuàng)技術(shù)產(chǎn)權(quán)：產(chǎn)品可銷往國際市場，不受國際專利限制；
（二）具有優(yōu)良的性能：器件散熱好、產(chǎn)品抗靜電性能好，壽命長，可承受的電流密度高；
（三）器件封裝工藝簡單：芯片為上下電極，單引線垂直結(jié)構(gòu)，簡化了封裝工藝，節(jié)約了封裝成本。
晶能光電董事兼常務(wù)副總裁王敏說：“我們很幸運，趕上了LED市場爆發(fā)的機會，并且在產(chǎn)業(yè)剛啟動時，我們提前鎖定關(guān)鍵設(shè)備，為企業(yè)發(fā)展贏得了先機。我們很幸運，得到了資本市場的大力支持，具有雄厚的國際化資本平臺。”
“世界頂級投資機構(gòu)對晶能光電擴(kuò)產(chǎn)進(jìn)行增資，代表著國際資本對新興節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)的支持，也是國內(nèi)外投資機構(gòu)對晶能光電取得成就的認(rèn)可?！苯鹕辰鸲驴偨?jīng)理董事潘曉峰說。金沙江創(chuàng)業(yè)投資從2006年開始，牽頭投資并引進(jìn)了 Mayfield 基金，永威基金，凱旋基金和淡馬錫集團(tuán)投資江西南昌成立晶能光電（江西）公司，共投資超過1億美元（總投資超過2億美元）致力于中國原創(chuàng)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。目前，該公司已成功啟動多元化的產(chǎn)品生產(chǎn)，面向蓬勃發(fā)展的中國信息產(chǎn)業(yè)客戶和國際著名的照明公司。
高亮度芯片面臨的發(fā)展瓶頸
當(dāng)前，半導(dǎo)體照明市場的進(jìn)一步發(fā)展要求藍(lán)光LED芯片的光效要不斷提升，成本要不斷下降。目前科銳基于碳化硅的LED芯片已經(jīng)實現(xiàn)了200lm/w光效產(chǎn)品的量產(chǎn)，研發(fā)水平光效可以達(dá)到276lm/w。在LED芯片成本下降和光效提升的這一競賽中，目前正遇到以下幾個發(fā)展瓶頸。
第一是藍(lán)光芯片存在的Droop效應(yīng)。在大電流密度條件下，發(fā)光二極管的外量子效率會下降，有試驗表明Droop效應(yīng)是由包括俄歇效應(yīng)在內(nèi)的多種原因引起，這個效應(yīng)限制了藍(lán)光芯片在大電流密度下的使用，從而阻礙了流明成本的下降。
第二是綠色能隙(Green gap)和紅色能隙(Red gap)。當(dāng)波長從藍(lán)光進(jìn)入到綠光波段時，LED的量子效率會下降，如530nm的綠光量子效率下降很快；對于紅光而言，在深紅色光譜中內(nèi)部量子效率可以達(dá)到100%，但對理想白光光源中的橘紅色發(fā)光波長(如614nm)而言，其效率迅速下降。這些效應(yīng)限制了綠光和紅光芯片的光效提升，延緩了未來的高質(zhì)量白光的產(chǎn)生。另外，綠光及黃光LED效率也受到本身極化場的沖擊, 而這個效應(yīng)會隨著更高的銦原子濃度而變得更強。
第三是外延的異質(zhì)生長問題。由于外延生長時晶體中存在缺陷，形成大的位錯密度和缺陷，從而導(dǎo)致光效下降和壽命下降。目前藍(lán)光芯片無論是碳化硅、藍(lán)寶石、硅襯底技術(shù)都是異質(zhì)外延，在襯底和外延晶體之間存在晶格失配導(dǎo)致位錯，同時由于熱膨脹系數(shù)的差別在外延生長后的降溫過程中產(chǎn)生熱應(yīng)力，導(dǎo)致外延層出現(xiàn)缺陷、裂紋、晶片彎曲等。襯底的質(zhì)量直接影響著外延層的晶體質(zhì)量，從而影響光效和壽命。如果采用GaN同質(zhì)襯底進(jìn)行外延生長，利用非極性技術(shù)，可最大限度地減少活性層的缺陷，使得LED芯片的電流密度比傳統(tǒng)芯片高5-10倍，大幅提高發(fā)光效率。據(jù)報道首爾半導(dǎo)體采用同質(zhì)襯底開發(fā)的nPola新產(chǎn)品，與目前的LED相比，在相同面積上的亮度高出了5倍，但GaN同質(zhì)襯底對于LED而言仍過于昂貴。
總體而言，在藍(lán)光LED芯片的未來發(fā)展上，倒裝芯片、高壓芯片、硅基芯片等都是未來的主要發(fā)展趨勢。倒裝芯片由于散熱好可以增大注入電流，不用打線可以提升產(chǎn)品在應(yīng)用過程中的可靠性；高壓LED芯片由于可以更加匹配供電電壓能夠提高電源轉(zhuǎn)換效率，再加上定制的IC電源，最適合于LED球泡燈；硅基LED芯片由于可以在6寸或者8寸的硅襯底上進(jìn)行外延生長，可以大幅度降低LED的成本，從而加速半導(dǎo)體照明應(yīng)用時代的來臨。對于其它顏色而言，紅光LED芯片和綠光LED芯片的光效都還有很大的提升空間，隨著紅光和綠光LED芯片光效進(jìn)一步的提升，未來白光不一定就是目前的藍(lán)光LED芯片加黃色熒光粉的形式，也可能是RGB或其它的形式，未來白光的封裝方式也可能會發(fā)生很大的變化。
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