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聚焦细分市场新热点 全球UV LED发展初探

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2017-04-01 作者: 来源:新兴产业智库 浏览量: 网友评论: 0
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摘要: 随着2016年的通用照明领域大洗牌,2017年各大企业的关注点开始转移到了细分领域。据估计,2016年UVC LED杀菌与净化应用的市场产值达2800万美元,2021年将达2.57亿美元,年复合成长率高达56%。

  中科优唯

  2015年10月 继圆融光电高调宣布入主青岛杰生之后,中科优唯完成了金额6000万元的A轮融资。据报道,中科优唯将从深紫外氮化物外延生长MOCVD设备研发及产业化生产来切入,从根本上解决制约深紫外LED应用的瓶颈问题。中科优唯科技有限公司作为一家高科技初创公司,通过与中国科学院半导体研究所进行深入合作,专注于深紫外光电材料专用高温设备研发及产业化,致力于成为国际一流的高温专用设备供应商。

  其时,广阔市场前景和巨大附加值的深紫外领域被行业公认为蓝海,然而生产装备的缺失、制造工艺的复杂让垂涎深紫外这一领域的众多厂商望而却步,器件价格的居高不下严重制约了深紫外LED市场的爆发。深紫外2mw芯片市场主流报价高居不下,是蓝光芯片几百倍,主要原因是可商用化的高温MOCVD的缺位,仅靠目前市场上现有的小型机台设备,很难将芯片成本降下来。因此,中科优唯表示,将从深紫外氮化物外延生长MOCVD设备研发及产业化生产来切入,从根本上解决制约深紫外LED应用的瓶颈问题。

  从紫外LED光源来看,目前主要用于紫外光固化、防伪检测、医学光照、荧光分析、药物研发、空气和水净化等领域。据法国市场研究公司Yole Développement的调研报告显示,到2017年UV LED市场规模可达2.7亿美元,超过整个紫外光源市场的1/3,五年内的复合年增长率可高达43%,从而形成和紫外汞蒸气灯分庭抗礼的局面。随着紫外LED生产成本的不断降低,应用产品价格的不断下降,紫外LED会有越来越多的应用方向出现,中科优唯表示,其使命就是突破国际上高Al组分高温MOCVD设备的缺失,推动AlGaN材料和器件价格的大幅度降低,继而实现深紫外LED产品的普及应用。

  2016年6月,中科优唯宣布在深紫外UV设备和工艺方面取得突破性进展。目前紫外LED光源主要用于紫外光固化、防伪检测、医学光照、荧光分析、药物研发、空气和水净化等领域。北京中科优唯科技有限公司是在与中国科学院半导体研究所合作基础上于2015年2月组建的高新技术企业,专注于深紫外(300nm以下)LED的产业化。针对深紫外氮化物外延生长设备、深紫外LED的外延工艺和器件工艺,为客户提供能够充分发挥深紫外LED性能的材料和器件。

  据悉,中科优唯研发出的专门用于深紫外LED的7片机和48片机型,生长温度高达1400℃以上,加热丝具有很好的寿命;生长压力30torr到常压连续可调;顶盘实现水冷喷淋式均匀进气,均匀性优于1%,有限元仿真模拟热场、流场可满足客户需求。其开发出的深紫外LED基础材料AlN缓冲层的基础工艺生长速率为1um/h时,在7片机和48片机上获得满足深紫外LED生长的XRD摇摆曲线半高宽,(002)最低达到30弧秒,(102)已小于500弧秒。其初步制作的280nm附近深紫外LED已实现电注入发光,发光功率大于1mw。

  据介绍,从目前进展来看,我们有望实现批量设备上280nm以下深紫外LED的材料生长,并结合器件工艺实现规模化深紫外LED的技术突破,为深紫外LED降低成本,规模应用解决生产设备和成套工艺的技术瓶颈。未来白色家电将是使用深紫外LED消毒应用的一大新领域,电冰箱、洗衣机、空调机、空气净化器、饮水机等产品都有使用小型消毒器的需求,各大厂家都在寻找适合的产品,紫外LED具有体积小、设计方便、没有污染等特点,十分适合在白色家电中应用。

  2016年11月,台湾LED厂光鋐与研晶预计共组品牌,宣布进军杀菌UVC LED市场,双方已开始利用新合资品牌扩大行销,预计于2017年产生营收贡献。另外有消息指,台湾隆达电子、大陆地区鸿利智汇、国星光电等企业也在深紫外领域展开布局。

  日本

  日本立命馆大学

  2014年3月24日,日本立命馆大学发表一份公报称,其研究人员开发出了一种能够以很低的成本高效制作深紫外线发光二极管(LED)的技术,有望成为联合国限制水银使用后被广泛采用的深紫外线光源。过去,很多深紫外线光源采用水银灯,但联合国去年组织各方签订的《水俣公约》规定要大幅限制水银的使用,所以有必要开发替代光源。其中,深紫外线LED就可以用来替代水银灯,但是过去制作深紫外线LED时要用昂贵的蓝宝石做基板,其高昂成本限制了普及程度。立命馆大学高级研究员青柳克信等人报告说,可以利用廉价的硅酮取代蓝宝石作为基板,从而能大幅削减成本。

  此外,过去的工艺中为了让电流通过,需要剥离基板上的一部分绝缘层。而新方法是在硅酮基板上附着一层氮化铝作为绝缘体,然后在上面开出多个微孔让电流通过。这样做无需剥离绝缘层,大幅缩短了工序,以前需要5天的制作工作可以缩短到1天,而且避免了剥离绝缘层时对LED的损伤,发光效率也得到提高。研究小组认为,新方法可大幅削减深紫外线LED的制造成本,有望促进这种深紫外线光源的大规模生产和广泛应用。

  日机装

  2014年,赤崎勇和天野浩因开发出蓝色LED而荣获诺贝尔物理学奖。大型工业泵企业日机装从2006年起,开始在两人的指导下开展实用化研究。在10年后的2015年3月,实现了深紫外LED的量产供货。同年10月24日,诺贝尔物理学奖得主天野浩在一次答记者问的时候提到,其正在研究波长仅为250nm~350nm左右的深紫外LED。这种LED除了杀菌用途外,预计还可应用于印刷领域。印刷领域过去使用的紫外光源的发光波长有限。因此,印刷墨水等使用的高分子材料需要配合波长来开发,既费时又费力。而LED容易调节波长,能按照高分子的特性选择紫外LED的波长,从而可使开发变得更简单。

  在过去,汞灯是人们熟知的深紫外线发生设备。主要应用于商用杀菌和检查用途,例如医疗器械、工厂和研究机构、食品领域等。但汞灯在其他领域,普及却存在困难。首先是性能受限。汞灯的工作电压为100V以上,尺寸为几cm~几m。耗电量大,单是充分发光之前的预热,就需要10~30分钟。而且寿命仅为3000~5000个小时。这样的尺寸、耗电量和耐久性,无法应用于家电和汽车。最重要的问题是汞对人体有毒。2013年,日本等92个国家签署了《关于汞的水俣公约》。强化限制汞灯的做法正在全球不断扩大。

  而深紫外LED可以轻松地在机器上安装,还具有良好的安全性。工作电压约为5~7V,尺寸只有几mm,预热时间为0秒。寿命长达1万个小时以上,并且冲击耐久性强,不使用汞。深紫外LED打破了汞灯的诸多限制。这项新技术如果得到普及,在生活的方方面面,“杀菌日常化”将会成为现实。为夺取成长市场,以通过提高发光效率、建立量产技术,实现成本化为目标,全球掀起了白热化的技术开发竞争。当中,一马当先的是3家日本企业:日机装、旭化成和德山。

  德山及丰田合成

  2017年2月,日本化学大厂德山与日本电气设备大厂斯坦利电气决定,在深紫外线LED领域扩大合作,德山维持深紫外线LED材料研发,而晶圆生产、封装、与产品制造销售等业务,由Stanley Electric负责。德山的深紫外线LED晶圆生产线及专利,均转让给Stanley Electric。

  另外,日本丰田合成为了打造更新的蓝光与紫外线LED,从德国大厂AIXTRON采购了新的MOCVD相关模组设备。此设备是强化过的5x4寸CRIUS Close Coupled Showerhead(CCS) 系统,可打造蓝光LED以及深紫外光LED,预计在2017上半年交货给丰田合成运用。AIXTRON新的CCS设备能更有效地帮助丰田合成的LED磊晶事业与产品,包括针对东南亚与其他区域市场的LED照明。


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