1.背景：

目前led光源器件的总体发展概况：硅衬底led近年发展及对led光源器件产业的影响。

led产业在过去近10年的发展突飞猛进，led光源器件的性能呈台阶式上升且成本在不断下降，大部分光源领域基本上都被led所取代。led作为第四代光源，已经广泛应用在户内外照明、汽车照明、液晶背光、景观照明、移动照明等领域。随着人们消费理念的升级，在一些特殊照明领域，高品质光源逐渐显现出竞争力。高品质光源的特点是：发光角度小、光斑均匀且照度高。硅衬底led因单面出光、方向性好、光品质好等特点在高品质光源市场受到不少关注。

那么，目前硅衬底led技术、市场现状以及未来发展趋势究竟如何呢？

2.概述目前硅衬底led的整体技术现状

在硅衬底上生长gan材料面临着两大技术挑战。第一，硅衬底和gan之间高达——17％的晶格失配使得gan材料内部位错密度偏高，影响发光效率；第二，硅衬底和gan之间高达——54％的热失配，使得gan薄膜在高温生长完降至室温后容易龟裂，影响生产良率。因此，硅衬底和gan薄膜之间的缓冲层生长极其重要，缓冲层起到降低gan内部的位错密度、缓解gan龟裂的作用。很大程度上，缓冲层的技术水平决定了led的内量子效率和生产良率，是硅衬底led的重点和难点。截至目前，经过产业界、学术界各方巨资研发投入，这个技术难关已经基本被攻克。

硅衬底会强烈吸收可见光，因此gan薄膜必须转移至另一个衬底上，转移之前在gan薄膜和另一个衬底之间插入一层高反射率的反射镜，使得gan发出的光不被衬底吸收。经衬底转移后的led结构在业界称为薄膜（thin——flim）芯片。薄膜芯片电流扩散、热传导和光斑均匀性等方面相比传统正装结构芯片有优势。

3.硅衬底led优势

技术上主要表现在：衬底材料成本低；器件散热性好、寿命长；封装工艺简单，易于实现自动化生产；可用于大尺寸外延，提高生产效率，降低综合成本。

晶能光电生产的硅衬底led技术芯片具有如下四大优势：

（一）具有原创技术产权：产品可销往国际市场，不受国际专利限制；

（二）具有优良的性能：器件散热性好、产品抗静电性能好，寿命长，可承受的电流密度高；

（三）器件封装工艺简单：芯片为上下电极，单引线垂直结构，简单化了封装工艺，节约了封装成本；

（四）在方向光和光品质等方面具有明显的特点和优势。

基于si衬底芯片特性的封装技术特点：

1：结合si衬底芯片背镀金锡工艺，封装中采用金锡共晶工艺，解决了从芯片到基板的散热瓶颈；

2：采用氧化铝、氮化铝陶瓷底板，将芯片推向更高的功率；

3：利用si衬底芯片具有的单面发光，方向性光强，成功开发了在wafer片上涂覆荧光粉技术，实现了白光芯片。将此白光芯片封装成灯珠，此灯珠具有颜色一致性好，光斑均匀，非常适合移动照明市场；

4：因si衬底具有吸光特性，为了解决此问题，将在芯片周围围上特殊的白胶，提升亮度；

5：根据不同的芯片尺寸，设计不同的lens，使产品亮度性能最大化；

6：开发了新一代的荧光膜片技术，优化了产品光斑、色区命中率及降低成本。

4.概述目前硅衬底led的整体应用现状和市场概况

硅衬底led是垂直结构，电流分布均匀且扩散快，适合大功率应用。由于是单面出光，方向性好，光品质好，所以特别适合汽车照明、探照灯、矿灯等移动照明、手机闪光灯以及光品质要求比较高的高端照明领域。

晶能光电硅衬底led技术和工艺已然成熟，在硅衬底蓝光led芯片领域继续保持领先优势的基础上，产品不断延伸至性能更高、附加值更高的白光led芯片、led手机闪光灯、led汽车大灯、led路灯、led背光等需要方向光、高品质出光的照明领域，逐步确立了硅衬底led芯片在细分行业的优势地位。

移动照明

移动照明市场所用的产品主要是利用si衬底直涂白光芯片和陶瓷底板等物料，再利用精密的模具在底板上压膜一个设计好的lens，扩大出光率。根据不同的产品功率，可选择不同白光芯片尺寸和底板材质、尺寸来配合，通常有芯片有36mil、45mil、55mil、70mil等，底板有氧化铝、氮化铝之分。此类产品主要是要求照度、光斑均匀。在矿灯，手电等移动照明用灯领域，灯珠的销量居全球前列。

手机闪光灯

手机闪光灯市场所用的产品主要是利用si衬底蓝光芯片和陶瓷底板尺寸为2.0x1.6，并利用静电喷涂工艺、特制的白胶、压膜胶等重要工艺做成的。此类产品非常适合用在手机闪光灯上，主要是除了在同等流明值下，中心照度比传统产品（蓝宝石衬底）高5％左右，且发光角度小外，另将在压膜层里添置扩散粉，使发光颜色更加均匀（如下图）。

目前，已大量应用在华为、中兴、联想、小米、魅族、360等品牌手机应用厂家，平均每个月有1000万台智能手机在使用晶能光电的led手机闪光灯，出货量居国内前列。

后装车灯市场

后装车灯市场主要是追求亮度高，耐高温、通大电流等，所以用的产品主要是利用大尺寸si衬底蓝光芯片与氮化铝陶瓷底板（尺寸为5.0x5.0）金锡共晶，并利用贴荧光膜或喷涂技术等重要工艺做成的。如公司产品xm2采用si衬底80mil蓝光芯片，与5.0x5.0氮化铝陶瓷底板金锡共晶之后，在芯片上贴一层厚度为50um荧光膜，再压一个lens，最后进行测试、分选、贴带、入库。此产品最大可通3a电流，亮度＞1000lm＠3a下。再如公司产品hp——50，采用4颗si衬底56mil蓝光芯片，与5.0x5.0氮化铝陶瓷底板金锡共晶之后，在底板上喷一层荧光粉，并芯片在周围围上白胶，最后压一个特别的lens来提供亮度。此产品可以兼顾电压6v或12v，最大可通3a电流，亮度可达2000lm。

在工业固化领域，传统的uv光源中的汞元素会严重污染环境，用uv led取代汞灯的趋势已经不可逆转，硅衬底led也在相应的扩大该领域的市场应用。

5.目前硅衬底led尚存在的技术壁垒及攻克方法

如前文所述，尽管在硅衬底上生长gan之前先生长缓冲层，然而由于硅衬底和gan材料之间的晶格失配实在太大，导致gan内部的位错密度仍然偏高。这些位错是电子和空穴的非辐射复合中心，影响led的内量子效率。尤其是在高温下，非辐射复合几率显著增大。为了攻克这个技术壁垒，需要从设备制造、衬底制备和生长工艺等方面多管齐下，找到一套解决硅衬底led的最有效方案。

6.硅衬底led的发展趋势预测

提高光效，降低成本或者说性价比是led行业永恒不变的主题。硅衬底薄膜芯片必须封装之后才能应用，封装的成本占据了led应用成本较大一部分。跳过传统封装，直接在晶圆上做好封装器件，也就是说在晶圆上做芯片级封装（chip scale package，csp）可以跳过封装端，直接从芯片端进入应用端，可以进一步降低led的应用成本。csp是硅上gan基led的前景之一。国际大公司如东芝和三星都报导过用硅衬底led做csp，相信不久的将来就可以在市场上看到相关产品。

近几年，led行业的另一个热点是micro led即微米级led。micro led的尺寸在几微米到几十微米，几乎和外延生长的gan薄膜厚度在一个级别。在微米级的尺寸，gan材料可以不需要支撑，直接做成垂直结构的体ganled。也就是说在制备micro led的过程中，生长gan的衬底是必须去除的。硅衬底led的一个天然优势是硅衬底仅通过化学湿法腐蚀就可以去除，去除衬底的过程中不会对gan材料有任何冲击，可以确保良率和可靠性。从这个角度来看，硅衬底led技术在micro led领域势必会有一席之地。

7.典型企业简介：晶能光电

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