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2015年UV LED市场现状及趋势分析-LED UV涛源光电




目前广泛用于照明、显示等可见光领域的GaN基蓝、绿光和白光LED市场竞争激烈,已经成为“深红海”。因此,市场逐渐向被一直认为是“蓝海”的 紫外(UV)波段渗透。但是,紫外LED由于制作技术要求高,市场小,所以生产厂商并不多。

UV LED基本市场状
从技术水平和市场而言,紫外LED市场可分为深紫外和近紫外两大块来分别评估,因为两者的技术、应用、价格差异非常大。UV-LED产品规格依波长可分为UV-A(长波长紫外线,320~400nm)、UV-B(中波长紫外线,280~320nm)与UV-C(短波长紫外线200~280nm)三类。
从目前技术和市场来看,行业普遍认为UV-B和UV-C全世界做得最好的是美国的SETi,雄霸深紫外LED性能宝座已经超过10年。中国的某公司是中国深紫外LED做得最好的。最近传言LGIT采用新设计的MOCVD机台和新技术来制作深紫外LED,性能不错,但是市场上没有看到过产品。UV-A波段做得最好的毫无疑问是日亚化学;
第二梯队是韩国的LGIT和首尔半导体。首尔半导体进军紫外市场已经很久了,拥有SETi的部分股份;
第三梯队是美国的Lumileds和欧洲的Osram,估计是这两家公司对于紫外业务重视程度不够,所以性能不如韩国的两大公司。
其次是台湾公司,包括光宏、联胜、旭明等等、和大陆公司。后起之秀晶瑞光电开发出的395-405nm高效率近紫外45X45mil陶瓷封装的倒装结构LED(Flip-Chip LED)和垂直结构LED(Vertical-Chip LED)外量子效率达到了57%,达到了较高的技术水平,每月有固定订单出口韩国。
整个UV-LED的市场并不大。2014年所有UV波段的芯片和封装,全世界市场估值也仅仅为1.22亿美元(6亿人民币),占整体UV市场比率达15%。
预估,其中日亚化学占据30%的市场,其他韩国、美国、欧洲和台湾公司占据60%的市场,因此大致估算整个中国公司可能占有的市场约10%,约为6千万,实际芯片价值更低,每个月仅仅250-500万人民币的有效市场。
另一方面,UV-LED市场快速增长,据预测法国Yole公司预测, 2018年可以到23亿人民币。实际增长速度有可能大于这个预计。例如Yole市场分析公司自己在2012年3月的报告中预测UV-LED市场2016年为1.4亿美元。 一年之后,在2013年3月Yole的市场分析报告就把2016年的预测提高了接近两倍,达到2.7亿美元。
紫外LED增长的一个主要动力就是取代传统的气体汞灯。传统气体汞灯光源和LED这种新型的固态发光光源相比有很多缺点:开关机需要预热和待机;灯管易碎;灯管寿命远远低于LED;采用汞污染环境;紫外效率低,导致高能耗和高发热。而LED相比则具有节能环保,寿命长,能量密度高、无预热时间、低热辐射等特点。笔者碰到很多传统汞灯的用户,他们一旦体验到紫外LED的好处,马上就成为了紫外LED的支持者。因此紫外LED取代传统水银灯的脚步很可能将大幅度加快。
 
紫外市场份额中最大的波段
紫外LED应用市场主要还是在365-405nm波段。这一段40nm宽的范围占了紫外从200-405nm整个205nm波段市场份额的90%。其中55%是380-405nm的LED,45%是365-380nm的LED。
从应用市场划分来看,UV-B和UV-C主要应用于杀菌,消毒,体液鉴别检测,蛋白质分析,医学光照疗法等。人们最看好的是其在杀菌消毒方面的民用市场。但是由于其发光效率偏低,还无法在工业级水处理系统(如自来水厂),工业级空气净化器,油烟净化处理等应用上广为采用,因此市场份额低。一旦UV-B和UV-C在技术上取得突破,发光效率大幅度提高,那么紫外LED必然能够全面取代传统的紫外光源。
UV-A波段占市场应用的90%,其总量的80%用于固化。固化广泛用于各行各业,涵括电子、光子、生物、医学等领域。例如OLED的显示屏、油墨打印、太阳能面板、光纤接头、相机模组、点固化、针头连接等等。在这一块应用上的紫外光源都采用了LED。
不同波长的LED价格和市场份额主要是受技术门槛的影响。波长越短的技术要求越高,所以UV-B,UV-C-LED价格约是UV-A波段LED价格的10倍,UV-A中主要应用的365nm波长LED价格是另一主要应用波长385-405nm LED的2-3倍。紫外和蓝光产品的生产成本没有本质的差异,价格之所以差异这么大,主要是产品开发的研发投入差异非常大。
有趣的是,各不同波段产品开发的难度基本上和价格成正比,而各波段LED的性能和价格成反比。UV-A中的365-405nm还可以采用氮化镓(GaN)和发光效率高的铟镓氮(InGaN)。UV-B和UV-C则整个结构都是采用难于生长和发光效率低的铝镓氮(AlGaN)材料,而不能有氮化镓和铟镓氮材料,因为这两种材料会吸收紫外光。所以UV-B-LED和UV-C-LED的发光效率会低很多。从所报道的结果来看,UV-B和UV-C波段的LED发光效率是UV-A的10%-20%,365nm是385-405nm LED发光效率的50-70%。而好的395nmLED的量子效率和蓝光接近。
 
紫外固化市场潜力大
目前,紫外固化市场潜力也慢慢的显现出来。从紫外固化在技术层面看,采用哪个波长的LED固化效果会更好这是第一个基本技术问题。
紫外LED对胶水的固化效果是由光引发剂材料的吸收率决定的。对大多数光引发剂材料来说,波长一定要短于405nm才有较高的吸收率,因此紫外光LED往要求波长至少短于405nm。基本上来说,波长越短吸收率越高。从这个角度来说,用于固化的紫外LED应该尽量采用短波长的LED,但是由于前面提到的技术瓶颈,波长越短的LED发光效率越低(光强越低),导致实际上采用较长波长的LED可能固化效果更好。
同时价格也是用户重点考虑的要素,由于随着波长变短,价格也会成倍的增加,所以导致最终的市场中波长在380-405nm的LED占据固化市场的60%(43.2%的紫外总体市场),波长365nm占据固化市场的40%份额(28.8%的紫外LED总体市场)。只要紫外,特别是短波段区域,没有大的技术突破,市场格局不会改变。对于波长的选择另外一个需要考虑的因素是固化区域的要求。同样是由于透射率的影响,用于表面的固化更需要波长短的LED,例如油墨打印更喜欢采用365nm的LED。穿透性固化更需要波长长的LED,例如3D打印需要395nm-405nm的LED。
紫外LED芯片和蓝光芯片相比Droop性能如何?大功率芯片的一个重要指标是Droop性能,因为经常过电流驱动,例如紫外4545芯片使用时驱动电流往往是500mA。
哪种结构的芯片最适用于紫外市场份额高达72%的固化领域呢?固化领域对于光源的要求一般是光源指向性好,均匀性好,理想状态下最好是像太阳光一样的平行光照射在胶上面。LED的芯片结构有传统的横向结构,倒装结构和垂直结构三种结构。而方向性最好的就是垂直芯片,因为垂直芯片单面出光,光的利用效率也会高很多。而横向和倒转芯片即便在积分球中测试的亮度较高也会由于是五面出光,而真正被胶水所吸收的有效光子也不多。综上所述,我们相信在固化市场将是垂直芯片唱主角。但是,为了满足需求,目前市场上的产品除了主打的大功率垂直芯片之外,还有横向结构小功率芯片,倒装大功率芯片。以及基于垂直和倒装结构大功率芯片的封装。
除了芯片和封装的性能外,氮化镓基UV-LED的可靠性也是非常重要的参数。对比常规的蓝光LED,UV-LED发热量较大,结温高会加速LED老化,同时UV-LED产生的UV射线导致胶水变质。这些因素往往导致氮化镓基UV-LED产生老化漏电,光衰大等问题发生。企业不仅需要追求LED芯片和封装的光电性能,也需要在可靠性方面做了大量的实验。
 
结束语
 
笔者试图从UV-LED的市场、技术、价格等层面上去解读UV-LED的未来走向。无疑,UV-LED将在2015年翻开新的篇章。由于技术难度大,许多欲进入这一领域的企业望而却步,紫外LED在我国市场也尚未完全打开,伴随着LED市场的日渐饱和,企业想在LED市场有所斩获,除了要有远见卓识以外,更需有过硬的技术作为支撑。


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