高亮度LED芯片市场格局及发展浅析
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白光应用是蓝光LED芯片的重要市场，也是最为重要的发展方向,其采用蓝光芯片加YAG黄色荧光粉从而形成白光光源。目前，国际LED大厂在大功率蓝光芯片方面有着较为明显的优势，而国内LED芯片企业目前主要是在中小功率蓝光芯片方面有较大的发展，但由于前几年的过度投资引起了产能过剩，导致中小功率蓝光芯片市场出现了较为严重的“价格战”。对于蓝光LED芯片而言，主要的发展方向为硅基LED芯片、高压LED芯片、倒装LED芯片等。对于中小功率LED芯片市场而言，目前主流市场的趋势为0.2-0.5W市场，封装形式包括2835、5630以及COB封装等。对于其它细分领域，如垂直结构的芯片，封装后可以应用于指向性照明应用，如手电、矿灯、闪光灯、射灯等灯具产品中。
硅衬底LED芯片渐受关注
目前市场上主流的蓝光芯片一般都是在蓝宝石衬底上生长，其中以日本日亚公司为代表；此外还有一种蓝光芯片是在碳化硅衬底上生长，以美国科锐公司为代表。
近年来硅衬底上生长的蓝光LED芯片越来越受到人们的关注。硅衬底由于可以采用IC厂的自动生产线，比较容易采纳目前IC工厂的6寸和8寸线的成熟工艺，再加上大尺寸硅衬底成本相对低廉，因而未来硅衬底LED芯片的成本预期会大幅度下降，也可促进半导体照明的快速渗透。硅基LED芯片在特性有下列特点：
● 垂直结构，采用银反射镜镜，可使电流分布更均匀，从而实现大电流驱动；
● 硅衬底散热性好，有利于芯片的散热；
● 具有朗伯发光形貌，出光均匀，容易进行二次光学；
● 适于陶瓷基板封装；
● 适合于LED闪光灯和方向性较强的照明应用，可应用于室内、室外和便携式照明市场。
在硅基LED芯片的开发上，晶能光电在2009年就曾推出小功率硅基LED芯片，被广泛地应用于数码显示领域。2012年6月晶能光电在广州发布了新一代大功率硅基LED芯片产品，引起了国内外LED产业界的高度关注，推出了包括28mil、35mil、45mil和55mil在内的四款硅基大功率LED芯片，其中45mil芯片达到了120lm/w的光效，并在年底达到了130 lm/w，且可靠性良好。硅基LED芯片陶瓷封装后，与国际知名的产品相比，具有良好的性价比，引起了国内外封装厂和LED灯具厂的极大兴趣。据报道夏普和普瑞也宣布于2012年底实现了硅衬底白光芯片的量产，推出了两款白光芯片；另外，包括三星、欧司朗、晶电等大厂也正积极从事于硅基LED芯片的研究。
LED市场正处于高速发展的阶段，LED芯片成本的进一步下降将促进半导体照明走入全家万户。由于硅衬底具有成本低、IC厂制造工艺成熟等特点，随着6-12寸大尺寸硅基LED技术的不断发展，硅基LED技术将在降低成本和提高生产效率方面具有巨大的优势，这对于LED产业会产生重大影响。
日前，以国际金融公司（IFC）为首的投资机构宣布对晶能光电增资5550万美元。晶能光电拥有的硅衬底LED技术具有自主知识产权，打破了目前日本日亚公司垄断蓝宝石衬底和美国Cree公司垄断碳化硅衬底半导体照明技术的局面，形成了蓝宝石、碳化硅、硅衬底半导体照明技术方案三足鼎立的局面。
晶能光电（江西）有限公司是以南昌大学发光材料与器件教育部工程研究中心为技术依托，由金沙江、淡马锡等多家著名的创业投资基金共同投资建立，专门从事LED外延材料与芯片生产的高科技企业，目前注册资金5500万美元。国际金融公司则是世界上为发展中国家的私营企业提供股本金和贷款最多的多边金融机构，提供长期的商业融资。
以国际金融公司（IFC）为首的投资机构对晶能光电进行增资的签约仪式在北京中国大饭店举行。
LED广泛应用于显示及照明等领域，具有节能、环保、寿命长、使用安全等显著优点。在同等效果下，LED灯具的电能消耗仅为白炽灯的十分之一、日光灯的二分之一。中国照明用电每年在3000亿度以上，如果用LED取代全部白炽灯和部分取代日光灯，可节省1/3的照明用电，约1000亿度，相当于一个动态投资超过2000亿的三峡工程全年的发电量。因此，LED产业被公认为是21世纪最具发展前景的高技术领域之一。
晶能光电拥有的硅衬底氮化镓基LED材料与器件技术是一项改写半导体照明历史的颠覆性新技术，具有自主知识产权，目前已申请或获得国际国内发明专利150多项。相比前两条技术路线而言，硅衬底LED技术具有材料成本低、器件散热性好、结构简单等综合优势，对于推动LED行业发展和成本降低、普及LED产品具有重大的现实意义。国家863专家组对此项技术的评价是：“……打破了目前日本日亚公司垄断蓝宝石衬底和美国Cree公司垄断碳化硅衬底半导体照明技术的局面，形成了蓝宝石、碳化硅、硅衬底半导体照明技术方案三足鼎立的局面。”
晶能光电董事长伍伸俊先生说：“晶能光电公司拥有颠覆性的技术，来自海内外的技术精英和管理团队，为全球市场提供成本最低性能最好的半导体照明灯泡而努力，致力于在中国成就世界级的高科技公司。”
2009年以来，世界各国对低碳经济高度关注，促进了LED产业的蓬勃发展。面对巨大的市场机会，晶能光电迅速制定并实施了扩产计划，率先与全球两大供应商之一Aixtron签订了MOCVD购买协议，是Aixtron当时在中国大陆的最大订单。到2010年底，该公司产能可达140亿粒芯片。2011年，随着MOCVD全部到货，该公司年产能可达240亿粒，成为国内最大的外延材料及芯片制造企业之一。[!--empirenews.page--]
据悉，晶能光电一期产业化项目自量产以来，在全国已拥有100多家客户。在高密度户内显示屏以及数码产品领域，由于该公司生产芯片的单电极结构和性能优势，得到了客户充分肯定和认可。目前其产品水平已经突破每瓦100lm，并成功应用于路灯和球泡灯。
晶能光电目前生产的芯片具有如下三大优势：
（一）具有原创技术产权：产品可销往国际市场，不受国际专利限制；
（二）具有优良的性能：器件散热好、产品抗静电性能好，寿命长，可承受的电流密度高；
（三）器件封装工艺简单：芯片为上下电极，单引线垂直结构，简化了封装工艺，节约了封装成本。
晶能光电董事兼常务副总裁王敏说：“我们很幸运，赶上了LED市场爆发的机会，并且在产业刚启动时，我们提前锁定关键设备，为企业发展赢得了先机。我们很幸运，得到了资本市场的大力支持，具有雄厚的国际化资本平台。”
“世界顶级投资机构对晶能光电扩产进行增资，代表着国际资本对新兴节能环保产业的支持，也是国内外投资机构对晶能光电取得成就的认可。”金沙江基金董事总经理董事潘晓峰说。金沙江创业投资从2006年开始，牵头投资并引进了 Mayfield 基金，永威基金，凯旋基金和淡马锡集团投资江西南昌成立晶能光电（江西）公司，共投资超过1亿美元（总投资超过2亿美元）致力于中国原创技术的产业化。目前，该公司已成功启动多元化的产品生产，面向蓬勃发展的中国信息产业客户和国际著名的照明公司。
高亮度芯片面临的发展瓶颈
当前，半导体照明市场的进一步发展要求蓝光LED芯片的光效要不断提升，成本要不断下降。目前科锐基于碳化硅的LED芯片已经实现了200lm/w光效产品的量产，研发水平光效可以达到276lm/w。在LED芯片成本下降和光效提升的这一竞赛中，目前正遇到以下几个发展瓶颈。
第一是蓝光芯片存在的Droop效应。在大电流密度条件下，发光二极管的外量子效率会下降，有试验表明Droop效应是由包括俄歇效应在内的多种原因引起，这个效应限制了蓝光芯片在大电流密度下的使用，从而阻碍了流明成本的下降。
第二是绿色能隙(Green gap)和红色能隙(Red gap)。当波长从蓝光进入到绿光波段时，LED的量子效率会下降，如530nm的绿光量子效率下降很快；对于红光而言，在深红色光谱中内部量子效率可以达到100%，但对理想白光光源中的橘红色发光波长(如614nm)而言，其效率迅速下降。这些效应限制了绿光和红光芯片的光效提升，延缓了未来的高质量白光的产生。另外，绿光及黄光LED效率也受到本身极化场的冲击, 而这个效应会随着更高的铟原子浓度而变得更强。
第三是外延的异质生长问题。由于外延生长时晶体中存在缺陷，形成大的位错密度和缺陷，从而导致光效下降和寿命下降。目前蓝光芯片无论是碳化硅、蓝宝石、硅衬底技术都是异质外延，在衬底和外延晶体之间存在晶格失配导致位错，同时由于热膨胀系数的差别在外延生长后的降温过程中产生热应力，导致外延层出现缺陷、裂纹、晶片弯曲等。衬底的质量直接影响着外延层的晶体质量，从而影响光效和寿命。如果采用GaN同质衬底进行外延生长，利用非极性技术，可最大限度地减少活性层的缺陷，使得LED芯片的电流密度比传统芯片高5-10倍，大幅提高发光效率。据报道首尔半导体采用同质衬底开发的nPola新产品，与目前的LED相比，在相同面积上的亮度高出了5倍，但GaN同质衬底对于LED而言仍过于昂贵。
总体而言，在蓝光LED芯片的未来发展上，倒装芯片、高压芯片、硅基芯片等都是未来的主要发展趋势。倒装芯片由于散热好可以增大注入电流，不用打线可以提升产品在应用过程中的可靠性；高压LED芯片由于可以更加匹配供电电压能够提高电源转换效率，再加上定制的IC电源，最适合于LED球泡灯；硅基LED芯片由于可以在6寸或者8寸的硅衬底上进行外延生长，可以大幅度降低LED的成本，从而加速半导体照明应用时代的来临。对于其它颜色而言，红光LED芯片和绿光LED芯片的光效都还有很大的提升空间，随着红光和绿光LED芯片光效进一步的提升，未来白光不一定就是目前的蓝光LED芯片加黄色荧光粉的形式，也可能是RGB或其它的形式，未来白光的封装方式也可能会发生很大的变化。
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