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2015年UV LED市場現狀及趨勢分析
2015/4/4 10:19:04
  目前廣泛用于照明、顯示等可見光領域的GaN基藍、綠光和白光LED市場競爭激烈,已經成為“深紅海”。因此,市場逐漸向被一直認為是“藍海”的 紫外(UV)波段滲透。但是,紫外LED由于制作技術要求高,市場小,所以生產廠商并不多。
  UV LED基本市場狀況
  從技術水平和市場而言,紫外LED市場可分為深紫外和近紫外兩大塊來分別評估,因為兩者的技術、應用、價格差異非常大。UV-LED產品規格依波長可分為UV-A(長波長紫外線,320~400nm)、UV-B(中波長紫外線,280~320nm)與UV-C(短波長紫外線200~280nm)三類。
  從目前技術和市場來看,行業普遍認為UV-B和UV-C全世界做得最好的是美國的SETi,雄霸深紫外LED性能寶座已經超過10年。中國的青島杰生是中國深紫外LED做得最好的公司。最近傳言LGIT采用新設計的MOCVD機臺和新技術來制作深紫外LED,性能不錯,但是市場上沒有看到過產品。UV-A波段做得最好的毫無疑問是日亞化學;
  第二梯隊是韓國的LGIT和首爾半導體。首爾半導體進軍紫外市場已經很久了,擁有SETi的部分股份;
  第三梯隊是美國的Lumileds和歐洲的Osram,估計是這兩家公司對于紫外業務重視程度不夠,所以性能不如韓國的兩大公司。
  其次是臺灣公司,包括光宏、聯勝、旭明等等、和大陸公司。后起之秀晶瑞光電開發出的395-405nm高效率近紫外45X45mil陶瓷封裝的倒裝結構LED(Flip-Chip LED)和垂直結構LED(Vertical-Chip LED)外量子效率達到了57%,達到了較高的技術水平,每月有固定訂單出口韓國。
  整個UV-LED的市場并不大。2014年所有UV波段的芯片和封裝,全世界市場估值也僅僅為1.22億美元(6億人民幣),占整體UV市場比率達15%。
  預估,其中日亞化學占據30%的市場,其他韓國、美國、歐洲和臺灣公司占據60%的市場,因此大致估算整個中國公司可能占有的市場約10%,約為6千萬,實際芯片價值更低,每個月僅僅250-500萬人民幣的有效市場。
  另一方面,UV-LED市場快速增長,據預測法國Yole公司預測, 2018年可以到23億人民幣。實際增長速度有可能大于這個預計。例如Yole市場分析公司自己在2012年3月的報告中預測UV-LED市場2016年為1.4億美元。 一年之后,在2013年3月Yole的市場分析報告就把2016年的預測提高了接近兩倍,達到2.7億美元。
  紫外LED增長的一個主要動力就是取代傳統的氣體汞燈。傳統氣體汞燈光源和LED這種新型的固態發光光源相比有很多缺點:開關機需要預熱和待機;燈管易碎;燈管壽命遠遠低于LED;采用汞污染環境;紫外效率低,導致高能耗和高發熱。而LED相比則具有節能環保,壽命長,能量密度高、無預熱時間、低熱輻射等特點。筆者碰到很多傳統汞燈的用戶,他們一旦體驗到紫外LED的好處,馬上就成為了紫外LED的支持者。因此紫外LED取代傳統水銀燈的腳步很可能將大幅度加快。
  紫外市場份額中最大的波段
  紫外LED應用市場主要還是在365-405nm波段。這一段40nm寬的范圍占了紫外從200-405nm整個205nm波段市場份額的90%。其中55%是380-405nm的LED,45%是365-380nm的LED。
  從應用市場劃分來看,UV-B和UV-C主要應用于殺菌,消毒,體液鑒別檢測,蛋白質分析,醫學光照療法等。人們最看好的是其在殺菌消毒方面的民用市場。但是由于其發光效率偏低,還無法在工業級水處理系統(如自來水廠),工業級空氣凈化器,油煙凈化處理等應用上廣為采用,因此市場份額低。一旦UV-B和UV-C在技術上取得突破,發光效率大幅度提高,那么紫外LED必然能夠全面取代傳統的紫外光源
  UV-A波段占市場應用的90%,其總量的80%用于固化。固化廣泛用于各行各業,涵括電子、光子、生物、醫學等領域。例如OLED的顯示屏、油墨打印、太陽能面板、光纖接頭、相機模組、點固化、針頭連接等等。在這一塊應用上的紫外光源都采用了LED。
  不同波長的LED價格和市場份額主要是受技術門檻的影響。波長越短的技術要求越高,所以UV-B,UV-C-LED價格約是UV-A波段LED價格的10倍,UV-A中主要應用的365nm波長LED價格是另一主要應用波長385-405nm LED的2-3倍。紫外和藍光產品的生產成本沒有本質的差異,價格之所以差異這么大,主要是產品開發的研發投入差異非常大。
  有趣的是,各不同波段產品開發的難度基本上和價格成正比,而各波段LED的性能和價格成反比。UV-A中的365-405nm還可以采用氮化鎵(GaN)和發光效率高的銦鎵氮(InGaN)。UV-B和UV-C則整個結構都是采用難于生長和發光效率低的鋁鎵氮(AlGaN)材料,而不能有氮化鎵和銦鎵氮材料,因為這兩種材料會吸收紫外光。所以UV-B-LED和UV-C-LED的發光效率會低很多。從所報道的結果來看,UV-B和UV-C波段的LED發光效率是UV-A的10%-20%,365nm是385-405nm LED發光效率的50-70%。而好的395nmLED的量子效率和藍光接近。
  紫外固化市場潛力大
  目前,紫外固化市場潛力也慢慢的顯現出來。從紫外固化在技術層面看,采用哪個波長的LED固化效果會更好這是第一個基本技術問題。
  紫外LED對膠水的固化效果是由光引發劑材料的吸收率決定的。對大多數光引發劑材料來說,波長一定要短于405nm才有較高的吸收率,因此紫外光LED往往要求波長至少短于405nm。基本上來說,波長越短吸收率越高。從這個角度來說,用于固化的紫外LED應該盡量采用短波長的LED,但是由于前面提到的技術瓶頸,波長越短的LED發光效率越低(光強越低),導致實際上采用較長波長的LED可能固化效果更好。
  同時價格也是用戶重點考慮的要素,由于隨著波長變短,價格也會成倍的增加,所以導致最終的市場中波長在380-405nm的LED占據固化市場的60%(43.2%的紫外總體市場),波長365nm占據固化市場的40%份額(28.8%的紫外LED總體市場)。只要紫外,特別是短波段區域,沒有大的技術突破,市場格局不會改變。對于波長的選擇另外一個需要考慮的因素是固化區域的要求。同樣是由于透射率的影響,用于表面的固化更需要波長短的LED,例如油墨打印更喜歡采用365nm的LED。穿透性固化更需要波長長的LED,例如3D打印需要395nm-405nm的LED。
  紫外LED芯片和藍光芯片相比Droop性能如何?大功率芯片的一個重要指標是Droop性能,因為經常過電流驅動,例如紫外4545芯片使用時驅動電流往往是500mA。
  哪種結構的芯片最適用于紫外市場份額高達72%的固化領域呢?固化領域對于光源的要求一般是光源指向性好,均勻性好,理想狀態下最好是像太陽光一樣的平行光照射在膠上面。LED的芯片結構有傳統的橫向結構,倒裝結構和垂直結構三種結構。而方向性最好的就是垂直芯片,因為垂直芯片單面出光,光的利用效率也會高很多。而橫向和倒轉芯片即便在積分球中測試的亮度較高也會由于是五面出光,而真正被膠水所吸收的有效光子也不多。綜上所述,我們相信在固化市場將是垂直芯片唱主角。但是,為了滿足需求,目前市場上的產品除了主打的大功率垂直芯片之外,還有橫向結構小功率芯片,倒裝大功率芯片。以及基于垂直和倒裝結構大功率芯片的封裝。
  除了芯片和封裝的性能外,氮化鎵基UV-LED的可靠性也是非常重要的參數。對比常規的藍光LED,UV-LED發熱量較大,結溫高會加速LED老化,同時UV-LED產生的UV射線導致膠水變質。這些因素往往導致氮化鎵基UV-LED產生老化漏電,光衰大等問題發生。企業不僅需要追求LED芯片和封裝的光電性能,也需要在可靠性方面做了大量的實驗。
  結束語
  筆者試圖從UV-LED的市場、技術、價格等層面上去解讀UV-LED的未來走向。無疑,UV-LED將在2015年翻開新的篇章。由于技術難度大,許多欲進入這一領域的企業望而卻步,紫外LED在我國市場也尚未完全打開,伴隨著LED市場的日漸飽和,企業想在LED市場有所斬獲,除了要有遠見卓識以外,更需有過硬的技術作為支撐。

[責任編輯:yawei]



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