2015年UV LED市場(chǎng)現(xiàn)狀及趨勢(shì)分析

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目前廣泛用于照明、顯示等可見光領(lǐng)域的GaN基藍(lán)、綠光和白光LED市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，已經(jīng)成為“深紅海”。因此，市場(chǎng)逐漸向被一直認(rèn)為是“藍(lán)海”的 紫外(UV)波段滲透。但是，紫外LED由于制作技術(shù)要求高，市場(chǎng)小，所以生產(chǎn)廠商并不多。

UV LED基本市場(chǎng)狀

從技術(shù)水平和市場(chǎng)而言，紫外LED市場(chǎng)可分為深紫外和近紫外兩大塊來分別評(píng)估，因?yàn)閮烧叩募夹g(shù)、應(yīng)用、價(jià)格差異非常大。UV-LED產(chǎn)品規(guī)格依波長(zhǎng)可分為UV-A(長(zhǎng)波長(zhǎng)紫外線，320~400nm)、UV-B(中波長(zhǎng)紫外線，280~320nm)與UV-C(短波長(zhǎng)紫外線200~280nm)三類。

從目前技術(shù)和市場(chǎng)來看，行業(yè)普遍認(rèn)為UV-B和UV-C全世界做得最好的是美國(guó)的SETi，雄霸深紫外LED性能寶座已經(jīng)超過10年。中國(guó)的青島杰生是中國(guó)深紫外LED做得最好的公司。最近傳言LGIT采用新設(shè)計(jì)的MOCVD機(jī)臺(tái)和新技術(shù)來制作深紫外LED，性能不錯(cuò)，但是市場(chǎng)上沒有看到過產(chǎn)品。UV-A波段做得最好的毫無疑問是日亞化學(xué);

第二梯隊(duì)是韓國(guó)的LGIT和首爾半導(dǎo)體。首爾半導(dǎo)體進(jìn)軍紫外市場(chǎng)已經(jīng)很久了，擁有SETi的部分股份;

第三梯隊(duì)是美國(guó)的Lumileds和歐洲的Osram，估計(jì)是這兩家公司對(duì)于紫外業(yè)務(wù)重視程度不夠，所以性能不如韓國(guó)的兩大公司。

整個(gè)UV-LED的市場(chǎng)并不大。2014年所有UV波段的芯片和封裝，全世界市場(chǎng)估值也僅僅為1.22億美元(6億人民幣)，占整體UV市場(chǎng)比率達(dá)15%。

預(yù)估，其中日亞化學(xué)占據(jù)30%的市場(chǎng)，其他韓國(guó)、美國(guó)、歐洲和臺(tái)灣公司占據(jù)60%的市場(chǎng)，因此大致估算整個(gè)中國(guó)公司可能占有的市場(chǎng)約10%，約為6千萬，實(shí)際芯片價(jià)值更低，每個(gè)月僅僅250-500萬人民幣的有效市場(chǎng)。

另一方面，UV-LED市場(chǎng)快速增長(zhǎng)，據(jù)預(yù)測(cè)法國(guó)Yole公司預(yù)測(cè), 2018年可以到23億人民幣。實(shí)際增長(zhǎng)速度有可能大于這個(gè)預(yù)計(jì)。例如Yole市場(chǎng)分析公司自己在2012年3月的報(bào)告中預(yù)測(cè)UV-LED市場(chǎng)2016年為1.4億美元。 一年之后，在2013年3月Yole的市場(chǎng)分析報(bào)告就把2016年的預(yù)測(cè)提高了接近兩倍，達(dá)到2.7億美元。

紫外LED增長(zhǎng)的一個(gè)主要?jiǎng)恿褪侨〈鷤鹘y(tǒng)的氣體汞燈。傳統(tǒng)氣體汞燈光源和LED這種新型的固態(tài)發(fā)光光源相比有很多缺點(diǎn)：開關(guān)機(jī)需要預(yù)熱和待機(jī);燈管易碎;燈管壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于LED;采用汞污染環(huán)境;紫外效率低，導(dǎo)致高能耗和高發(fā)熱。而LED相比則具有節(jié)能環(huán)保，壽命長(zhǎng)，能量密度高、無預(yù)熱時(shí)間、低熱輻射等特點(diǎn)。筆者碰到很多傳統(tǒng)汞燈的用戶，他們一旦體驗(yàn)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(tǒng)水銀燈的腳步很可能將大幅度加快。

紫外市場(chǎng)份額中最大的波段

紫外LED應(yīng)用市場(chǎng)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(gè)205nm波段市場(chǎng)份額的90%。其中55%是380-405nm的LED，45%是365-380nm的LED。

從應(yīng)用市場(chǎng)劃分來看，UV-B和UV-C主要應(yīng)用于殺菌，消毒，體液鑒別檢測(cè)，蛋白質(zhì)分析，醫(yī)學(xué)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(chǎng)。但是由于其發(fā)光效率偏低，還無法在工業(yè)級(jí)水處理系統(tǒng)(如自來水廠)，工業(yè)級(jí)空氣凈化器，油煙凈化處理等應(yīng)用上廣為采用，因此市場(chǎng)份額低。一旦UV-B和UV-C在技術(shù)上取得突破，發(fā)光效率大幅度提高，那么紫外LED必然能夠全面取代傳統(tǒng)的紫外光源。

UV-A波段占市場(chǎng)應(yīng)用的90%，其總量的80%用于固化。固化廣泛用于各行各業(yè)，涵括電子、光子、生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。例如OLED的顯示屏、油墨打印、太陽能面板、光纖接頭、相機(jī)模組、點(diǎn)固化、針頭連接等等。在這一塊應(yīng)用上的紫外光源都采用了LED。

不同波長(zhǎng)的LED價(jià)格和市場(chǎng)份額主要是受技術(shù)門檻的影響。波長(zhǎng)越短的技術(shù)要求越高，所以UV-B，UV-C-LED價(jià)格約是UV-A波段LED價(jià)格的10倍，UV-A中主要應(yīng)用的365nm波長(zhǎng)LED價(jià)格是另一主要應(yīng)用波長(zhǎng)385-405nm LED的2-3倍。紫外和藍(lán)光產(chǎn)品的生產(chǎn)成本沒有本質(zhì)的差異，價(jià)格之所以差異這么大，主要是產(chǎn)品開發(fā)的研發(fā)投入差異非常大。

有趣的是，各不同波段產(chǎn)品開發(fā)的難度基本上和價(jià)格成正比，而各波段LED的性能和價(jià)格成反比。UV-A中的365-405nm還可以采用氮化鎵(GaN)和發(fā)光效率高的銦鎵氮(InGaN)。UV-B和UV-C則整個(gè)結(jié)構(gòu)都是采用難于生長(zhǎng)和發(fā)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?yàn)檫@兩種材料會(huì)吸收紫外光。所以UV-B-LED和UV-C-LED的發(fā)光效率會(huì)低很多。從所報(bào)道的結(jié)果來看，UV-B和UV-C波段的LED發(fā)光效率是UV-A的10%-20%，365nm是385-405nm LED發(fā)光效率的50-70%。而好的395nmLED的量子效率和藍(lán)光接近。

紫外固化市場(chǎng)潛力大

目前，紫外固化市場(chǎng)潛力也慢慢的顯現(xiàn)出來。從紫外固化在技術(shù)層面看，采用哪個(gè)波長(zhǎng)的LED固化效果會(huì)更好這是第一個(gè)基本技術(shù)問題。

紫外LED對(duì)膠水的固化效果是由光引發(fā)劑材料的吸收率決定的。對(duì)大多數(shù)光引發(fā)劑材料來說，波長(zhǎng)一定要短于405nm才有較高的吸收率，因此紫外光LED往要求波長(zhǎng)至少短于405nm?；旧蟻碚f，波長(zhǎng)越短吸收率越高。從這個(gè)角度來說，用于固化的紫外LED應(yīng)該盡量采用短波長(zhǎng)的LED，但是由于前面提到的技術(shù)瓶頸，波長(zhǎng)越短的LED發(fā)光效率越低(光強(qiáng)越低)，導(dǎo)致實(shí)際上采用較長(zhǎng)波長(zhǎng)的LED可能固化效果更好。

同時(shí)價(jià)格也是用戶重點(diǎn)考慮的要素，由于隨著波長(zhǎng)變短，價(jià)格也會(huì)成倍的增加，所以導(dǎo)致最終的市場(chǎng)中波長(zhǎng)在380-405nm的LED占據(jù)固化市場(chǎng)的60%(43.2%的紫外總體市場(chǎng))，波長(zhǎng)365nm占據(jù)固化市場(chǎng)的40%份額(28.8%的紫外LED總體市場(chǎng))。只要紫外，特別是短波段區(qū)域，沒有大的技術(shù)突破，市場(chǎng)格局不會(huì)改變。對(duì)于波長(zhǎng)的選擇另外一個(gè)需要考慮的因素是固化區(qū)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(zhǎng)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(zhǎng)長(zhǎng)的LED，例如3D打印需要395nm-405nm的LED。

紫外LED芯片和藍(lán)光芯片相比Droop性能如何?大功率芯片的一個(gè)重要指標(biāo)是Droop性能，因?yàn)榻?jīng)常過電流驅(qū)動(dòng)，例如紫外4545芯片使用時(shí)驅(qū)動(dòng)電流往往是500mA。

哪種結(jié)構(gòu)的芯片最適用于紫外市場(chǎng)份額高達(dá)72%的固化領(lǐng)域呢?固化領(lǐng)域?qū)τ诠庠吹囊笠话闶枪庠粗赶蛐院?，均勻性好，理想狀態(tài)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(jié)構(gòu)有傳統(tǒng)的橫向結(jié)構(gòu)，倒裝結(jié)構(gòu)和垂直結(jié)構(gòu)三種結(jié)構(gòu)。而方向性最好的就是垂直芯片，因?yàn)榇怪毙酒瑔蚊娉龉?，光的利用效率也?huì)高很多。而橫向和倒轉(zhuǎn)芯片即便在積分球中測(cè)試的亮度較高也會(huì)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(chǎng)將是垂直芯片唱主角。但是，為了滿足需求，目前市場(chǎng)上的產(chǎn)品除了主打的大功率垂直芯片之外，還有橫向結(jié)構(gòu)小功率芯片，倒裝大功率芯片。以及基于垂直和倒裝結(jié)構(gòu)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(shù)。對(duì)比常規(guī)的藍(lán)光LED，UV-LED發(fā)熱量較大，結(jié)溫高會(huì)加速LED老化，同時(shí)UV-LED產(chǎn)生的UV射線導(dǎo)致膠水變質(zhì)。這些因素往往導(dǎo)致氮化鎵基UV-LED產(chǎn)生老化漏電，光衰大等問題發(fā)生。企業(yè)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(shí)驗(yàn)。