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多方面因素制约 UV LED市场何时成“红海”?

导读: 相对于已陷入“红海”竞争的白光LED,UV LED市场可谓一片蓝海,前景不可估量。但由于UV LED技术门槛高、芯片与封装技术还不够成熟、商业模式尚在摸索中,导致其产业化进程相对缓慢。

  在LED市场供过于求与景气度不佳的背景下,UV LED与红外线、车用照明被视为当下最有潜力的高毛利细分市场,成为厂商为争取获利空间积极布局的新应用领域。

  相对于已陷入“红海”竞争的白光LED,UV LED市场可谓一片蓝海,前景不可估量。但由于UV LED技术门槛高、芯片与封装技术还不够成熟、商业模式尚在摸索中,导致其产业化进程相对缓慢。

  随着国家对UV LED的政策扶持力度加大,市场需求量不断增加,一旦UV LED产业链芯片及封装技术实现突破性进展,大多数企业将蜂拥而入,推动产业化快速发展。

  高效率芯片是量产关键

  高效率芯片的研发进展或将成为UV LED市场实现增长的关键,将直接影响UV LED的普及率。

  紫外线杀菌的有效波长范围可分为四个不同波段:UV-A(400-315nm)、UV-B(315-280nm)、UV-C(280-200nm)和真空紫外线(200-100nm)。真正具有杀菌作用的是UV-C紫外线,因为它很易被生物体的DNA吸收,尤其以253.7nm左右的LED紫外线为最佳。UV LED目前尚未在净化及消毒用途领域普及的原因在于,UV-C达不到足够的效率。

  现阶段,90%紫外LED应用市场主要集中在365-405nm波段,多用于固化。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,越短吸收率越高,波长要短于405nm才有较高的吸收率。从这个角度来说,理论上用于固化的紫外LED应该尽量采用短波长的LED。

  然而,实际上由于UV-A可以采用氮化镓(GaN)和发光效率高的铟镓氮(InGaN)。而UV-B和UV-C的结构都采用难以生长和发光效率低的铝镓氮(AlGaN)材料,不能用氮化镓和铟镓氮材料,因为这两种材料会吸收紫外光,会导致UV-B和UV-C的发光效率低很多。本来UV-B和UV-C波段的LED发光效率只是UV-A的10%-20%。综上所述,紫外LED采用较长波长的LED固化效果可能会更好。

  虽然波长越短的紫外LED发光效率越低,但价格却越贵。随着波长由365nm向280nm逐渐缩短,制备难度不断提高。现在,UV-B、UV-C LED价格约是UV-A 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。

  提高内部量子效率、量子注入效率及光提取效率,可将倒装芯片构造及光电子学构造等效率提高技术直接用于UV LED。但UV LED存在源于In/AlGaN外延层的固有课题,需要从基板和结晶生长的层面推进研发,专门解决这一课题。

  要解决这一问题,UV LED外延层的生长机制需要企业持续投入,因为它比生长普通蓝光外延复杂得多,传统MOCVD不适合其生长,因此需要了解其生长机制后,向MOCVD企业订制设备,或者自主研发MOCVD设备。

  受现阶段紫外LED的技术限制,紫外波段选取的芯片波长越长越好。首先,紫外芯片波长越长,芯片本身的外部量子效率越高,如日本三菱电线工业与Stanley电气以及山口大学共同发布的数据显示,波长400nm的外部量子效率是380nm的近2倍。其次,使用的紫外芯片波长越长,越有利于提高荧光体的RGB转换效率。因为紫外激发波长越大,RGB各自的波长与紫外光之间的波长差距较小。波长差距越大,波长转换前后的光能量差也就越大。这一能量差将转换成热量,最终会减少转换成光的能量。然后,紫外波长越短,其对封装材料的要求越高,泄露的紫外光对环境的危害越大,不利于达到环保的标准。最后,目前制备近紫外芯片的技术比制备紫外和深紫外芯片的技术成熟,芯片成本也会低很多。

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