在LED市場供過于求與景氣度不佳的背景下，UV LED與紅外線、車用照明被視為當(dāng)下最有潛力的高毛利細(xì)分市場，成為廠商為爭取獲利空間積極布局的新應(yīng)用領(lǐng)域。
相對于已陷入“紅海”競爭的白光LED，UV LED市場可謂一片藍(lán)海，前景不可估量。但由于UV LED技術(shù)門檻高、芯片與封裝技術(shù)還不夠成熟、商業(yè)模式尚在摸索中，導(dǎo)致其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程相對緩慢。
隨著國家對UV LED的政策扶持力度加大，市場需求量不斷增加，一旦UV LED產(chǎn)業(yè)鏈芯片及封裝技術(shù)實現(xiàn)突破性進(jìn)展，大多數(shù)企業(yè)將蜂擁而入，推動產(chǎn)業(yè)化快速發(fā)展。
高效率芯片是量產(chǎn)關(guān)鍵
高效率芯片的研發(fā)進(jìn)展或?qū)⒊蔀閁V LED市場實現(xiàn)增長的關(guān)鍵，將直接影響UV LED的普及率。
紫外線殺菌的有效波長范圍可分為四個不同波段：UV-A(400-315nm)、UV-B(315-280nm)、UV-C(280-200nm)和真空紫外線(200-100nm)。真正具有殺菌作用的是UV-C紫外線，因為它很易被生物體的DNA吸收，尤其以253.7nm左右的LED紫外線為最佳。UV LED目前尚未在凈化及消毒用途領(lǐng)域普及的原因在于，UV-C達(dá)不到足夠的效率。
現(xiàn)階段，90%紫外LED應(yīng)用市場主要集中在365-405nm波段，多用于固化。紫外LED對膠水的固化效果是由光引發(fā)劑材料的吸收率決定的。對大多數(shù)光引發(fā)劑材料來說，越短吸收率越高，波長要短于405nm才有較高的吸收率。從這個角度來說，理論上用于固化的紫外LED應(yīng)該盡量采用短波長的LED。
然而，實際上由于UV-A可以采用氮化鎵(GaN)和發(fā)光效率高的銦鎵氮(InGaN)。而UV-B和UV-C的結(jié)構(gòu)都采用難以生長和發(fā)光效率低的鋁鎵氮(AlGaN)材料，不能用氮化鎵和銦鎵氮材料，因為這兩種材料會吸收紫外光，會導(dǎo)致UV-B和UV-C的發(fā)光效率低很多。本來UV-B和UV-C波段的LED發(fā)光效率只是UV-A的10%-20%。綜上所述，紫外LED采用較長波長的LED固化效果可能會更好。
雖然波長越短的紫外LED發(fā)光效率越低，但價格卻越貴。隨著波長由365nm向280nm逐漸縮短，制備難度不斷提高。現(xiàn)在，UV-B、UV-C LED價格約是UV-A LED價格的10倍，UV-A中主要應(yīng)用的365nm波長LED價格是另一主要應(yīng)用波長385-405nm LED的2-3倍。
提高內(nèi)部量子效率、量子注入效率及光提取效率，可將倒裝芯片構(gòu)造及光電子學(xué)構(gòu)造等效率提高技術(shù)直接用于UV LED。但UV LED存在源于In/AlGaN外延層的固有課題，需要從基板和結(jié)晶生長的層面推進(jìn)研發(fā)，專門解決這一課題。
要解決這一問題，UV LED外延層的生長機(jī)制需要企業(yè)持續(xù)投入，因為它比生長普通藍(lán)光外延復(fù)雜得多，傳統(tǒng)MOCVD不適合其生長，因此需要了解其生長機(jī)制后，向MOCVD企業(yè)訂制設(shè)備，或者自主研發(fā)MOCVD設(shè)備。
受現(xiàn)階段紫外LED的技術(shù)限制，紫外波段選取的芯片波長越長越好。首先，紫外芯片波長越長，芯片本身的外部量子效率越高，如日本三菱電線工業(yè)與Stanley電氣以及山口大學(xué)共同發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，波長400nm的外部量子效率是380nm的近2倍。其次，使用的紫外芯片波長越長，越有利于提高熒光體的RGB轉(zhuǎn)換效率。因為紫外激發(fā)波長越大，RGB各自的波長與紫外光之間的波長差距較小。波長差距越大，波長轉(zhuǎn)換前后的光能量差也就越大。這一能量差將轉(zhuǎn)換成熱量，最終會減少轉(zhuǎn)換成光的能量。然后，紫外波長越短，其對封裝材料的要求越高，泄露的紫外光對環(huán)境的危害越大，不利于達(dá)到環(huán)保的標(biāo)準(zhǔn)。最后，目前制備近紫外芯片的技術(shù)比制備紫外和深紫外芯片的技術(shù)成熟，芯片成本也會低很多。
封裝技術(shù)尚不成熟
與芯片一樣，UV LED的封裝技術(shù)也還不成熟。能實現(xiàn)對UV LED進(jìn)行無機(jī)封裝的方式很少，封裝技術(shù)稍顯落后，因此尋求一種穩(wěn)定可靠的封裝方式變得非常迫切。
目前，國內(nèi)對UV LED芯片封裝仍沿用白光LED的封裝方式，能在一定程度上滿足對可靠性要求低的市場需求。由于幾乎所有白光LED封裝都不同程度采用了樹脂一類的有機(jī)材料，因此UV LED封裝過程中會出現(xiàn)以下三方面的問題。
第一，紫外光輻射加速有機(jī)材料氧化，降低產(chǎn)品使用壽命。特別針對365nm以下的波段，可見光LED封裝方式無法滿足其要求。因為隨著波段變短，輻射能量變強(qiáng)，采用有機(jī)類的樹脂材料耐紫外性能急劇下降，影響UV LED的壽命和穩(wěn)定性。
第二，熱應(yīng)力導(dǎo)致失效。事實上，主要采用傳統(tǒng)的可見光封裝方式必然存在著有機(jī)和無機(jī)的兩個界面物質(zhì)。在熱學(xué)效應(yīng)上，無機(jī)物質(zhì)比有機(jī)物質(zhì)的熱膨脹系數(shù)要小很多。因此必然導(dǎo)致熱應(yīng)力拉扯的問題，致使產(chǎn)品失效。
第三，濕應(yīng)力及雜質(zhì)侵入導(dǎo)致失效。硅膠或硅樹脂在不同程度上有一個透氧透濕性，在產(chǎn)生開關(guān)瞬間，因水汽蒸發(fā)而產(chǎn)生作用力導(dǎo)致失效。另外由于透氧透濕性的存在不可避免其他雜質(zhì)的侵入產(chǎn)生失效。
為解決上述問題，一些國外UV LED制造商推出了采用玻璃封裝的UV LED，在封裝結(jié)構(gòu)中始終無法避免采用有機(jī)填充材料或者有機(jī)粘結(jié)材料，只能盡量做到少用有機(jī)類封裝材料，進(jìn)而減少因有機(jī)材料導(dǎo)致的衰減問題、濕熱應(yīng)力導(dǎo)致失效的問題。
顯然，有機(jī)材料是影響UV LED壽命和穩(wěn)定性的關(guān)鍵。它使得器件無法實現(xiàn)氣密性的封裝，導(dǎo)致LED信賴性中冷熱循環(huán)實驗中存在巨大風(fēng)險。采用類似激光器的TO方式對UV-C LED進(jìn)行封裝，能夠避免使用有機(jī)材料進(jìn)行封裝，其工藝已經(jīng)相當(dāng)成熟，在穩(wěn)定性方面表現(xiàn)也相當(dāng)突出。而能適應(yīng)SMT(Surface Mount Technology)工藝的SMD(Surface Mounted Devices)的封裝方式暫時尚未成熟，其可靠性的和應(yīng)用還有待進(jìn)一步開發(fā)。
成本制約市場推廣
現(xiàn)階段，UV LED處于高毛利市場，國內(nèi)外一些大廠逐漸開始布局。但相對于競爭白熱化的LED照明領(lǐng)域，進(jìn)入UV LED的企業(yè)屈指可數(shù)，如杰生電氣、旭明LED(SEMI LED)及日本、韓國、美國的企業(yè)。
作為未來幾年最有前景的細(xì)分市場之一，UV LED被各大廠商紛紛看好，但現(xiàn)在仍處于市場培育階段。由于技術(shù)與價格都尚未到大規(guī)模切入市場的時機(jī)，大多數(shù)廠家仍然保持觀望。隨著市場需求的擴(kuò)大，將有更多企業(yè)參與UV LED市場競爭。
較高的技術(shù)門檻和稀缺的設(shè)備使UV LED企業(yè)一直處于投入狀態(tài)。UV LED照明產(chǎn)品要想得到大規(guī)模推廣和應(yīng)用必須要解決成本高、發(fā)光效率低和知識產(chǎn)權(quán)弱三大問題。
目前，UV LED價格居高不小，主要是物以稀為貴。芯片及封裝技術(shù)不夠成熟，同時訂制MOCVD設(shè)備造成成本上漲，而UV LED外延片的產(chǎn)量及良品率也成了制約成本下降的關(guān)鍵因素。“藍(lán)光外延一爐100多片，UV LED做不到。”但青島杰生電氣有限公司副總經(jīng)理武帥博士認(rèn)為，當(dāng)市場需求大時價格自然會降下來。
顯然任何一個產(chǎn)業(yè)前期，降低成本最有效的方法是提高技術(shù)。近期，日本立命館大學(xué)研究人員開發(fā)出一種低成本高效制作深紫外線LED技術(shù)，利用廉價的硅酮取代藍(lán)寶石作為基板制作深紫外線LED光源，可大幅度削減成本。
過去的工藝中為了讓電流通過，需要剝離基板上的一部分絕緣層。新方法是在硅酮基板上附著一層氮化鋁作為絕緣體，然后在上面開出多個微孔讓電流通過。這樣做無需剝離絕緣層，大幅縮短了工序，以前需要5天的制作工作可以縮短到1天，而且避免了剝離絕緣層時對LED的損傷，發(fā)光效率也得到提高。
同時，我國UV LED照明的發(fā)展進(jìn)程中，要吸取LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展的經(jīng)驗教訓(xùn)，在產(chǎn)業(yè)布局、市場準(zhǔn)入、非關(guān)稅性貿(mào)易壁壘等方面加強(qiáng)前期的研究和準(zhǔn)備，特別是知識產(chǎn)權(quán)問題，減少日后激烈的技術(shù)與市場競爭中的專利風(fēng)險。
現(xiàn)在，UV LED仍處于發(fā)展初期，國內(nèi)僅有杰生電氣等少數(shù)企業(yè)進(jìn)入。但隨著技術(shù)與價格大規(guī)模切入市場時機(jī)的到來，UV LED將與LED照明發(fā)展一樣，吸引各路資金投入，涌現(xiàn)規(guī)模化發(fā)展熱潮，或進(jìn)一步引發(fā)市場格局變化。
