谁盘踞着LED核心芯片的高地?

计划、美国的“下一代照明计划”、欧盟的“彩虹计划”、韩国的“固态照明计划”、中国台湾的“新世纪照明光源开发计划”和中国大陆的“国家半导体照明工程”计划等国家级照明规划,促使日本、美国、欧盟、韩国、中国台湾和中国大陆等国家或地区携巨资前赴后继地在上游的衬底制作、外延晶片生长,中游的光刻、腐蚀、金属蒸镀、芯片切割和测试分选以及下游的器件封装、集成应用等各个环节展开了激烈地竞争。

LED 照明产生的效益显而易见,世界各国都在政府的大力资助下加快推进LED 照明取代传统照明的步伐,日本、美国、欧盟、韩国、东南亚、我国台湾和中国政府都制定了相应的发展计划。

美国:取代白炽灯荧光灯正在路上

美国政府尤其制定了详细的中长期半导体照明战略计划。根据美国固态照明 LED 发展路线图计划,从2002 年到2011 年,美国政府计划每年投入0.5 亿美元,来资助企业、国家实验室和大学三方共同推动LED 照明技术的加速发展。LED 照明技术的发展目标是:发光效率将分阶段从2002 年的25lm/w提高到2007 年75lm/w、2012 年的150lm/w和2020 年的200lm/w,发光成本将从2002 的200 美元/千流明降低到2007 年的20 美元/千流明、2012 年的5 美元/千流明和2020 年的2 美元/千流明。LED 照明在2007 年开始渗透进入白炽灯照明市场、2012 年进入荧光灯照明市场,而大量取代白炽灯和荧光灯将分别在2012年和2020 年。

日本:“二十一世纪照明”发展计划二期计划今年实现

日本21世纪照明计划是由日本金属研发中心(The Japan Research and Development Center of Metals)和新能源产业技术综合开发机构(NEDO)发起和组织的为期5年(1998-2004)的一个国家计划。这项计划的参与机构包括4所大学、13家公司和一个协会,目标旨在通过使用长寿命、更薄更轻的GaN高效蓝光和紫外LED技术使得照明的能量效率提高为传统荧光灯的两倍,减少CO2的产生。整个计划的财政预算为60亿日元。整个计划分为5个主要领域进行,即在衬底、外延片、制造装置、LED光源和LED光源的应用。该计划的技术路线图,其核心在于高质量材料的生长,高功率管芯的制备以及高效率白光荧光粉的获得。计划解决的问题包括:GaN基化合物半导体发光机理研究;UV LEDs的外延生长方法的改进;大尺寸同质衬底生长;开发近紫外激发的白光荧光粉,实现使用白光LED的照明光源。

日本已经完成了“二十一世纪照明”发展计划的第一期目标,正在组织实施第二期计划,他们计划到2010年,LED的发光效率达到120lm/W。

欧洲:彩虹计划

欧盟设立了多色光源的“彩虹计划”(Rainbow Project –AlInGaN for Multicolor Sources),成立了执行研究总暑,委托6个大公司和2个大学执行。

韩国:“固态照明计划”

韩国的“固态照明计划”经政府审议批准,2004-2008年国家投入1亿美元,企业提供30%的配套资金,近期开始实施,预期2008年达到80 lm/W。

韩国政府组织里有2个产业相关单位,一是主管工商业与能源的产业资源部以及主管财经的财政经济部。产业资源部表示,目前产业资源部光电相关发展有2 大计划,一是产业基础技术开发计划下之「GaN 光半导体」开发子计划,此一国家型计划时程自1999年12月起至2004年11月止为期5年,总经费为200亿韩元,政府与民间公司出资各占一半。研究项目包括以GaN 为研究材料之白光LED,蓝、绿光Laser Diode 及高功率电子组件HEMT三大领域,其中各三大领域之Leader厂商分别由Knowledge*On、Samsung Advanced Institute of Technology 及LG Institute of Technology 负责进度管理。预期效果则期望在2006 年达到替代10 亿美元的进口GaN 相关产品。

另一个光电发展计划为在光州市设立韩国光产业振兴会(KAPID),韩国光电技术研究院(KPTI)以及若干小型研究计划,发展时间自2000年起至2003年止为期4 年,总经费为4,020 亿韩元,由产业资源部与光州市政府及民间企业共同投资,其中KAPID于2000年5月成立,负责光电产业之信息研究与推动,而KPTI 则专注在光电技术之研究开发,新建筑物及相关研究设备则预计2003年才能全部完成。

中国台湾地区:下一代照明光源开发计划”

由台湾政府和工业技术研究院主导,于2002年9月积极协助岛内十一家LED厂商成立“下一代照明光源研发联盟”,进行高亮度白光LED的研究和开发,并结合照明系统业界,2002年10 月在台湾”经济部”能源委员会与台湾区照明灯具输出同业公会的进一步支持下成立”半导体照明产业推动联盟”,并在台湾政府支持下,建立”高亮度白光LED专案计划”,希望透过半导体和照明产业之联谊活动,整合照明节能系统产品与元组件技术,同时结合台湾政府科技发展资源,利用台湾在半导体产业所形成的优势,加速高效率LED照明技术的研发和普及应用,提升台湾照明相关技术水准及产业竞争力,并制定相关LED产业政策,以创造台湾半导体照明产业的竞争优势。

台湾地区推动的“下一代照明光源开发计划”,投资约6-10亿新台币,2005年目标是40 lm/W的LED投入生产,而实验室目标为100 lm/W。

国外LED芯片巨头垄断中国照明市场趋势加强

与中国本土芯片企业的暗落趋势形成鲜明对照,以Cree、Osram、Philip等五大LED芯片巨头为代表的国外企业进军中国市场的形势咄咄逼人,他们欲垄断中国LED照明市场的意图明显加强:

Cree在保持2008年全年增长率达24%的情况下,积极为进军中国市场布局。2007年并购华刚(COTCO)的LED封装事业部,将其产业链延伸至中游的封装阶段,进一步扩大其在芯片方面的优势地位。目前,Cree正在积极推动与韩国显示器巨头LG Display在中国合资建造LED封装厂。

Osram面对未来3年内中国巨大的照明市场,也积极在中国各个照明重镇设立研发、生产等分立机构,扩张其在中国的版图,如在佛山及绍兴建立照明应用及封装子公司,在上海、武汉及深圳等地设立研发机构等。

Philip旗下的Lumileds则是利用Philip在中国已有的品牌优势及芯片优势在全国各地大力打造大型LED照明工程,积极推广其LED照明解决方案。

目前,Cree、Nichia、Lumileds、Osram等少数几家国外公司是国际上主流的照明级LED芯片及器件制造商,他们具有各自独特的外延和芯片技术路线,各家所生产的芯片产品封装白光器件的发光效率普遍超过100lm/W。

以下是当前各家公司的工艺技术路线和产品现状。

科锐(CREE)

美国科锐公司是目前世界上采用SiC作为衬底材料制造蓝光发光二极管用外延片和芯片的专业公司之一,其在不断改善外延品质及提高内量子效率的同时,采用了薄膜(Thin-film)芯片技术大幅度提升产品亮度,薄膜芯片技术即利用衬底转移技术将发光层倒装在Si衬底上,薄膜芯片技术可以有效地解决芯片的散热问题和提高取光效率。科锐公司的功率LED芯片产品EZ系列采用薄膜芯片技术已经达到业界领先的光效水平,据2009年底的报道显示,科锐冷白光LED器件研发水平已经达到186lm/W,这是功率型白光LED有报道以来的最好成绩。

科锐公司是市场上领先的革新者与半导体的制造商,以显著地提高固态照明,电力及通讯产品的能源效果来提高它们的价值。科锐的市场优势关键来源于公司在有氮化镓(GaN)的碳化硅(SiC)方面上独一的材料专长知识,来制造芯片及成套的器件。这些芯片及成套的器件可在很小的空间里用更大的功率,同时比别的现有技术,材料及产品放热更少。

科锐把能源回归解决方案用于多种用途,包括在更亮及可调节的发光二极管光一般照明,更鲜艳的背光显示,高电流开关电源和变转速电动机的最佳电力管理,和更为有效的数据与声音通讯的无线基础设施等方面有令人兴奋的可选择的方案。Cree的顾客有从创新照明灯具制造商到与国防有关的联邦机构。

科锐的产品系列包括蓝的和绿的发光二极管芯片,照明发光二极管,背光发光二极管,为功率开关器件,无线电频率设备和无线电设备的发光二极管。

技术优势:SiC基Ⅲ族氮化物外延、芯片级封装技术;大功率芯片和封装技术。

欧司朗(Osram)

德国Osram公司早期的产品是以SiC作为衬底材料,相继推出了ATON和NOTA系列产品。近期,Osram的产品和研发方向也是基于薄膜芯片技术,其最新研发的ThinGaN TOPLED采用蓝宝石作为衬底材料,运用键合、激光剥离、表面微结构化和使用全反射镜等技术途径,芯片出光效率达到75%。据最新的报道,目前,Osram的功率型白光LED光效已经达到136lm/W。

欧司朗是世界上两大光源制造商之一,总部设在德国慕尼黑,研发和制造基地在马来西亚,是西门子全资子公司。欧司朗在中国共设有三个生产基地,并拥有研发中心,公司在华员工总数接近8000人。其中欧司朗(中国)照明有限公司成立于1995年,公司拥有员工约3500人,在全国设有近40个销售办事处。欧司朗中国已成为Osram亚太地区的实力中心,并在Osram全球战略中扮演重要角色。

Osram的照明产品多达5000多个品种,能够充分满足人们在工作、生活及特殊领域的多方面需求。其产品系列包括:荧光灯、紧凑型荧光灯、高强度气体放电灯、卤素灯、汽车灯、摩托车灯、特种光源、电子镇流器和发光二极管等。先进的电子管理系统及完善的物流配送网络实现了Osram产品服务中国千家万户的愿望。

技术优势:SiC衬底的“Faceting”;在白光LED用荧光材料方面具有领先优势;zz正装功率型封装技术及车用灯具技术。

飞利浦(PHILIPS)

美国Philips Lumileds公司的功率型氮化镓蓝光LED芯片采用蓝宝石作为外延衬底材料,芯片结构上则一直沿用倒装结构。随着薄膜技术的发展,Lumileds创造性地整合了倒装技术和薄膜技术,推出了全新的薄膜倒装芯片(Thin-film Flip-chip,TFFC)技术,集成芯片和封装工艺,最大限度降低热阻并提高取光效率。目前,Lumileds功率型白光的研发水平已经突破140lm/W。

飞利浦照明为所有领域提供先进的高效节能解决方案,包括:道路、办公室、工业、娱乐和家居照明等。在构筑未来的新型照明的应用和技术使用上,Philips也位居领导地位,例如LED技术。公司主要产品包括,氙汽车灯、道路照明、氛围照明。

飞利浦确立在LED芯片领域的领导地位主要得益于对Lumileds的收购,Lumileds由安捷伦和飞利浦合资组建于1999年,2005年Philips完全收购了该公司。Philips

Lumileds公司是世界领先的大功率LED照明解决方案供应商。该公司一贯致力于推动固态照明技术的发展,提高照明解决方案的环保性,帮助减少二氧化碳排放和减少扩建电厂的需求,而该公司领先的光输出、功效和热能管理就是在此方面长期努力的直接结果。PhilipsLumileds公司的LUXEONLED产品为商店、户外、办公室、学校和家居照明解决方案提供了新的选择。Philips Lumileds可提供各种LED晶片和LED封装,有红、绿、蓝、琥珀、及白光等LED产品。

技术优势:独特热沉设计和Si-Submount“Flip-Chip”封装技术;在大功率白光照明管芯方面具有先发优势。

日亚(Nichia)

世界上最早的半导体白光生产厂商,技术水平始终处于国际领先的地位。在蓝光芯片的技术路线上,Nichia采用图形化蓝宝石衬底外延生长技术结合ITO透明导电层芯片工艺,产品性能表现优越,特别是小功率芯片,最新的报道甚至达到245lm/W的性能指标。Nichia的功率型芯片也是基于正装结构,2008年Nichia公司宣布其功率LED产品光效达到145lm/W,芯片规格为1mm×1mm。

日亚化学,著名LED芯片制造商,日本公司,成立于1956年,开发出世界第一颗蓝色LED(1993年),世界第一颗纯绿LED(1995年),在世界各地建有子公司。

日亚化学公司以“Ever Researching for a Brighter World”为宗旨,迄今致力于制造及销售以荧光粉(无机荧光粉)为中心的精密化学品。在研制发光物质的过程中,于1993年发表了震惊世界的蓝色LED以来,相继实现了紫外、黄色的氮化物LED及白色LED的商品化,大幅度扩大了LED的应用领域。此外,日亚化学公司正大力开发对于信息媒介的发展不可缺的紫蓝色激光半导体,希望将来氮化物半导体能成为半导体产业中重要领域的一部分。

特别值得一提的是,2008、2009年间,Nichia与多家企业签署了各种形式的交叉许可协议。其中,2009年2月2日,Nichia与首尔半导体签署的交叉许可协议最为引人关注,这标志着两家公司将正式停止耗时4年,在美国、德国、日本、英国、韩国所进行的所有专利官司案件,该交叉许可协议涵盖了LED和LD(激光二极管)技术,这些技术将允许双方可以无限制地使用对方的专利。此外,Nichia还与夏普、Luminus、AgiLight等公司签署了交叉许可协议。

技术优势:第一只商品化的GaN基蓝光LED/LD;拥有目前最好的荧光粉技术;蓝光激发黄色荧光粉技术专利;蓝宝石衬底外延生长技术。

首尔半导体(Seoul Semiconductor)

首尔半导体近些年增长速度迅速,已荣升世界顶级LED芯片制造商之列。据英国市场调研公司IMS Research的报告显示,首尔半导体2007年LED封装产品的总收入位居世界第四位。

首尔半导体(株)在2006年和2007年分别被Forbes及Business Week两份杂志选定为“2006年亚洲最具前景企业”其可能性受到了认可。首尔半导体主力产品交流电源专用半导体光源ACRICHE被欧洲最权威杂志Elektronik选定为“最优秀产品奖”,2008年还被知识经济部授予了“大韩民国技术大奖”而被期待着成为先导国内外未来光源市场的企业。2008年度总销售额为2,841亿元,确保着5,000多个专利。全世界设有包括3个现地法人的25个海外营业所,114个代理店。

首尔半导体的主要业务乃生产全线LED封装及定制模块产品,包括采用交流电驱动的半导体光源产品如:Acriche、高亮度大功率LED、侧光LED、顶光LED、贴片LED、插件LED及食人鱼(超强光)LED等。产品已广泛应用于一般照明、显示屏照明、移动电话背光源、电视、手提电脑、汽车照明、家居用品及交通讯号等范畴之中。

技术优势:受光及发光体复合化,拥有“MODULE”化技术;拥有“DIGITAL”回路技术;拥有蓝光、白光LED在内的解决方案;拥有超迷你型、超薄型技术。

丰田合成(Toyoda Gosei)

丰田合成,总部位于日本爱知,生产汽车部件和LED,LED约占收入10%。

丰田合成与东芝所共同开发的白光LED,是采用紫外光LED与萤光体组合的方式,与一般蓝光LED与萤光体组合的方式不同。如果将LED比喻为汽车,那么可以说,日亚化工提出了车轮和发动机的概念,而丰田合成则提出了车体和轮胎的概念。1986年,受名誉教授赤崎先生的委托,丰田合成利用自身在汽车零部件薄膜技术方面的积累,开始展开LED方面的研发工作。1987年,受科学技术振兴事业团的开发委托,丰田合成成功地在蓝宝石上形成了LED电极。因此,把丰田合成誉为“蓝色LED的先锋”并不为过。丰田合成在近年来的发展速度也相当快。1998年,其销售额为63亿日元,但到2002年,已增长至252亿日元。

美国SemiLEDs公司

是继Osram和Cree之后采用衬底转移技术商品化生产薄膜GaN垂直结构LED的厂商。他们推出了新型的金属基板垂直电流激发式发光二极管(Metal Vertical Photon Light Emitting Diodes,MvpLEDTM)产品,其封装成白光器件的发光效率目前可以达到120lm/W。

Lumination

GELcore 是GE 照明与EMCORE 公司的合资公司,创建于1999 年1 月,总部位于美国新泽西州。公司致力于高亮度LED 产品的研发和生产。通过把GE 先进的照明技术、品牌优势和全球渠道与EMCORE 权威的半导体技术相结合,GELcore 已经在转变人们对照明的认识过程中扮演了重要的角色。GELcore 现有的产品包括大功率LED 交通信号灯、大型景观灯、其它建筑、消费和特殊照明应用等。通过把电子、光学、机械和热能管理等各个领域的技术相结合,GELcore 加快了LED 技术的应用并创造了世界级的LED 系统。另外,

2007年2月7日,原由GE和Emcore合资成立的公司GELcore现已改名为Lumination。GE(通用)在2006年8月末以现金1亿美元购买Emcore所持的GELcore股份,将GELcore变为其全资子公司,从那时起,GELcore一直努力表现得与以往不同,并与日亚(Nichia)形成战略联盟。为进一步表明公司对通用LED照明的倚重,GELcore将名字改为Lumination。

大洋日酸

大洋日酸公司的有机金属气象化学沉淀技术的研究和开发可以追溯到 1983 年,在日本80 年代整个化合物半导体工业革命大背景之下产生。大洋日酸研发了一系列高纯度气体如AsH3,PH3 和NH3 的专业应用技术,以及用于生产LD 和LED 产品的MOVPE 设备。大洋日酸还开发了用于吸收这些应用产生的大量废气的净化系统,并使之商品化。到目前为止,

大洋日酸已经为从研发机构到生产厂商等有着不同需求的客户提供了超过450台的OCVD 设备。其中大洋日酸的GaN-MOCVDSR 系列,包括SR-2000 和SR-6000 是专门为蓝色镓氮LED、半导体激光和电子设备的研究和生产而设计。

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