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LED市场可进一步下沉,满足差异化需求
wangying | 2018-05-18 16:57:35    阅读:6475   发布文章
——小型化、高亮、满足色弱人群、抗硫化等方向可挖掘

                 蓝光LED发明获诺奖,LED的重要性可见一斑
       2014年,3名日本出生的科学家曾因发现一种蓝色发光二极管(LED)而获得诺贝尔物理学奖。获奖理由是:蓝光LED帮助人们以更节能的方式获得白色光源,依据这一原理问世的LED灯“将点亮整个21世纪”。

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图:用蓝光LED拼成的诺贝尔签名(来源:网络)

        LED光源与传统光源相比具有节能、耐久等优势。如今,随着LED显示技术的迭代和产品成本的大幅下降,LED的应用已越来越广泛,例如照明、显示、传感器等。

       不过,随着LED照明、显示等的成熟,生产逐步向亚洲尤其中国等生产成本较为低廉的国家转移,一些昔日欧美LED大厂近几年感到增长乏力,转型去做LED不可见光/传感或干脆购买其他高科技业务也维持成长等。
        其实,LED市场深入下去,还是有很多地方可以渗透。
        近日,电子产品世界记者走访了有45年LED制造历史的ROHM公司,看到了该公司正在挖掘一些LED的新市场。
                ROHM见证了LED的发展史
         与三位诺奖获得者是老乡的ROHM公司成立于1958年。从1973年就开始了LED生产,可谓最早从事LED生产的先驱之一。从该公司的LED发展里程碑,或许就可看到LED的技术发展轨迹及未来趋向。

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图 ROHM的LED里程碑
        由上图可见,ROHM 1973年已出现红光产品,1996年生产贴片式LED,有了绿光LED。2002年推出了蓝色贴片LED。如果了解LED的发展史,可以知道ROHM在LED创新产品的推出方面非常快。
        这里需要再提一下本文一开始提到的诺奖,为何发明蓝光LED能获殊荣?其实在20世纪60年代末,通过在砷化镓基体上使用磷化物,第一个红光LED产生,之后有绿光LED等产品,但仅有红、黄和绿无法制造出白光LED,LED的照明功能便不存在,必须找到三原色(红绿蓝)中的蓝色。
        上世纪80年代末,赤崎勇当年在氮化镓研究中,和学生天野浩首次实现了氮化镓的PN结,为利用氮化镓材料制造蓝色LED奠定了基础。在解决蓝光LED实用化问题方面,1993年,还是硕士研究生的中村修二成功地制造出高品质的氮化镓,首次推出了LED照明产品。不久,白光LED很快问世。
        而ROHM的LED路线图见证了LED的发展史。2007年后出现了白光LED,2007年推出PICOLED(超小型、薄型LED),2009年超高亮度、薄型RGB(红绿蓝)开始生产,2013年带透镜表面贴装LED开始生产,2016年带反射镜的超小型高亮度RGB投产,2018年业界标准1608产品阵容扩充。
      据ROHM光学模块生产本部LED制造部商品企划组组长吉田晃久称,随着LED技术与生产的成熟,ROHM把竞争焦点定位于独有的生产技术和品质管理方面。主要主攻以下四个方面。
*小型化。利用ROHM独有的生产技术实现元件薄型化,通过减少金线的环路,实现0.2mm的业界最薄高度。

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*单亮度等级。从元件制造阶段开始 就融入技术优势并 严格贯彻品质理念, 消除亮度波动。

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*通用色彩。考虑到色觉多样性,提高可视性。色彩识别因色觉而异,色弱者会把绿色和红色看成偏黄色,所以产品设计可采用色弱者也容易识别的绿色。值得注意的是,这部分是小众市场,很难盈利,做此是为了补齐产品线和服务社会。

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             图:色弱者的调色
*抗硫化。3528尺寸的抗硫化性能更加优异,保持持久的高亮度LED。在室外场合,有时会出现这样的现象,LED用过一段时间就不那么亮了,原来是空气中的硫与LED中的银发生了化学反应,生成了黑色的硫化银,影响了LED光的侧壁反射。空气中的硫主要来自汽车和烟雾的尾气、轮胎和温泉(例如硫磺泉)等环境中,为了保证LED灯的亮度,ROHM推出了抗硫化LED,可用于工业设备、汽车刹车灯、转向灯、户外显示设备等产品中。

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               抗硫化的独具匠心

        不久前,ROHM开发出业界首款完全无银的高亮度红色LED“SML-Y18U2T”。
        据ROHM半导体(上海)有限公司设计中心副所长水原德健先生称,此次开发的产品是用金等其他材料取代了以往晶片键合焊膏及框架所使用的银,实现了完全无银化。此举消除了由于银受到腐蚀而引起LED亮度衰减现象,可提高应用的可靠性。例如,将以往产品和新产品分别在硫化试验条件下使用240个小时(10天)后,新产品的光通量相比旧产品可改善约40%。这10天实验,相当于LED 3~5万小时处于硫化环境下。
        下一步,ROHM还会推出满足转向灯的橙色灯等产品。
        那么,为何要用金代替银?具体工艺是如何实现的?从LED的结构图来看,人们所看到的LED光来自两方面,一方面是直接发射的光,一类是侧壁反射的光(如下图)。一直以来,存在元件晶片键合所用的焊膏部位变黑,导致侧壁反射光减少,从而使LED发光强度降低的问题。

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       但是,ROHM利用从元件到封装垂直统合型生产体制的优势,晶片键合采用金锡(AuSu),引线采用金,框架采用金钯(AuPd),实现了完全无银化,从而使产品同时具备高亮度与优异的抗硫化性能。为何框架采用金钯?因为容易附着在框架上。

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        那么,有了这些原理,竞争对手是否也快会这样做出来?据说晶片键合采用金锡(AuSu)、框架采用金钯(AuPd)等的工艺实现还是有一定难度的,因为ROHM有垂直统合型的生产优势,有利于这些工艺的开发和生产。

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        另外,ROHM产品的特点是由于严格的品质管理,每个超小型产品都有可追溯的体制,且采用与车载级品质相应的工序管理制度。笔者在这里也引申一下,笔者最近在写智能制造方面的文章,“可追溯性”很重要,因为现代制造流程有时有几百上千个工序,“可追溯性”可尽快找到上游产品的缺陷出现在哪里,以大大提升智能制造的效率、减少浪费。例如,客户要订10辆汽车,假设你的良率较低,需要生产20辆车,其中10辆满足客户要求;而如果高良率的制造,10辆一次成功,就节约了成本。
        那么,抗硫化LED的“含金量”提升了,成本是否会提升?水原先生说由于含金量很少,几乎没有什么成本增加。

                  小结
        LED在创新中诞生,在高歌猛进中照亮了世界,如今又逐渐下沉到细分的注重品质的市场区块,需要LED厂商更加用心地挖掘不同客户的个性化需求。
        LED的先驱ROHM也经历了市场的多次洗牌和蜕变,仍保持当年三位日本科学家发明蓝光LED时的执着创新精神,希望其2018年的LED销量再创佳绩。

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图:ROHM的LED应用分布,及近年销量和预测

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