临近2017年,LED的半导体时代已经终结

最近的LED:会议论坛很多,重点很少!

最近LED论坛很多,但是对很远的未来趋势说的多,真正讨论LED行业核心内涵的越来越少,进入初冬的十一月,中村修二教授在北京论坛提及三项重点LED产业新趋势,包括Micro LED、激光照明与LiFi,可能是因为LED这个行业已经很成熟了,这些技术感觉离我们很近,但其实很远很远,或许有必要跟大家说明未来LED的技术与产业趋势,让从事LED产业的朋友参考一下。

身为一个清醒的LED老兵,有些技术趋势与产品的未来方向我还是看得比较透的,我记得2014年参加完法兰克福照明展之后,当大家都在起哄智能照明的时候,我判断这是一个LED技术题材方面的炒作,绝对不会在短期内成为LED的主流。

结果如我所料,智能照明到目前依旧是曲高和寡。“为赋新词强说愁”是目前论坛与媒体最大的特写,于是最近的论坛与媒体很精彩,有激光照明,LiFi与Micro LED给LED技术人员无限的希望,也有氮化镓高功率器件HEMT的热议给从事LED外延与芯片技术者另一个春天,有梦想是美好的,但是现实是残酷的,

LED到底未来会是什么样?这个问题确实需要我们好好思考了。
LED是照明产业还是半导体行业?

LED到底是半导体产业还是照明产业,现在大家都有很深的困惑,依照我近日的观察,今年过后,LED已经彻底进入照明产业了,它的半导体产业特征越来越薄弱,要如何说明呢?我们可以从两个产业的特性来对比,我们先分别介绍这两个产业吧!

  半导体产业的特征 

我们知道IC有摩尔定律,这个定律预测集成电路芯片上所集成的电路的数目,每隔18个月就翻一倍,微处理器的性能每隔18个月提高一倍,或价格下降一半。如下图一图二所示:


图一:单位面积芯片的数目:微观的摩尔定律



图二:芯片效能与速度的摩尔定律

摩尔定律到现在还是精确地预测IC芯片的技术走势,而集成电路相关产业也花大笔大笔的经费投入研发,做出效能与速度最好最快的处理器或内存芯片,所以我们几乎每年都会看到最新的电子产品更新换代,刺激年轻消费者的需求,这就是半导体产业最大的特征,投资→技术超越→电子产品更新换代→产品市场饱和→投资→技术再超越→……

所以几乎每一到二年,我们的电子产品例如手机都会出新品,而新款手机的性价比都会比前一代高出30%到50%,这就是半导体产业,他是一直加速的汽车,几乎不愿意减速下来,因为减速意味着被淘汰,所以它是资金与人才缺一不可的产业,除了吸纳了大量的资金,也垄断了大量的人才。 

同样的,在化合物半导体的LED有一个我们比较不熟知的海兹定律:


图三:海兹定律

如图三所示,这个定律预测LED的价格每10年将为原来的1/10,输出流明则增加20倍,如图三所示,从第一颗可见光红光商业化的1962年到现在,这个定律看似完美无缺的精准预测LED的技术与价格发展趋势。

自从1993年中村修二博士发明第一颗商业化蓝光LED之后,LED开始进入全彩时代,但是当时的LED价格高,亮度不亮,所以应用有限,经过七年的摸索, 这个行业慢慢转移到中国人手上,台湾是推动LED第一波高潮的推手。

如图四所示,2000年到2008年,LED进入第一个黄金时期,技术进步是驱动LED成长的最大动力,第一波的激光切割技术大幅降低芯片成本,ITO透明导电层取代镍金透明电极的技术的导入,提高了一倍的亮度,LED进入背光时代。


图四:2002年到2015年LED技术与市场应用趋势图

2008年到2010年,图形衬底PSS技术的倒入,让大尺寸背光开始大量使用LED取代CCFL,LED的半导体属性达到高潮,技术人才奇货可居,中国大陆开始新一轮的疯狂投资,LED重心由中国台湾慢慢转移到中国大陆,一系列的技术都由台湾工程师带到大陆,台湾与大陆由分工关系变成竞争关系。

2014年到2016年对LED来说是由半导体高科技行业转变为照明产业的转折过渡的三年,由于欧美日韩中国台湾的企业因为中国大陆非理性的杀价竞争,结果对LED产业产生了不如归去之感,他们对LED技术的投资几乎是九牛一毛,很多企业几乎都要脱手放弃这个鸡肋,所以自从2014年科锐宣布303流明瓦的技术发布之后,欧美日韩中国台湾企业就很少有声音了,相对的,中国大陆的企业就活跃多了。

LED芯片技术的增长没有对海兹定律有多大的贡献,但是中国封装行业在成本上可以说花了很大的力气,硅胶国产化导致胶水成本的急速降低,LED器件的电流密度提高三倍的大电流over drive驱动灯珠大幅度降低成本,合金线,镀钯铜线的使用让成本又降低了一定的比例,中国LED厂家为了降低成本几乎已经用尽了洪荒之力了,海兹定律似乎已经来到了极限,几乎已经失去了半导体技术带动行业增长的属性了。它不再需要大量的投资,也几乎不需要那么多高端人才了。

  照明产业的特征 

照明产业是一个非常传统的产业,从爱迪生钨丝灯泡开始已经将近137年的历史了,这个产业有一个特色,初期技术开发是高大上的高科技产业,但是随着灯泡产品的成熟,技术与开发的比重越来越低,产业越来越成熟,需要投入的研发与工程验证经费会越来越低,技术人员的价值也开始贬值,营销与市场渠道越来越重要,这个产业在历史上经过几次产品更新换代,例如节能灯的出现与最近LED半导体照明的崛起都有这样的过程。

而最接近我们看到的时代就是LED照明快速崛起独占市场的时代,如上图四所示,2014年开始,技术突破在LED发展的比重就慢慢降低了,LED颠覆性技术大突破已经越来越少了,几乎没有什么技术可以一锤定音促发一种LED应用产品的大爆发。

就像钨丝灯与节能灯一样,初期是一个不折不扣的高大上高科技产业,但是不到几年光景,它就成为一个成熟的照明产业,技术的主导作用越来越少,最后行业的走向就是管理,规模与通路三驾马车并行的行业。

如图四所示,当2014年LED照明产值开始高于大尺寸背光产值时,大家感受还没有这么强烈,到了今年的2016,LED照明产值已经大于其他LED应用产值,LED半导体行业属性越来越淡,即将进入2017年,大家有没有感觉到LED的半导体时代已经终结,正式进入照明行业时代了呢?

  LED的无奈与尴尬:照明东方不败,显示却被逼入墙角 

由上面对半导体行业与照明产业的分析,大家应该可以意识到LED已经属于照明行业了,而且LED几乎让其他光源没有翻身的机会,未来十年甚至三十年,LED一定是家家户户使用的光源,就像七零年代前的钨丝灯泡与二十世纪后期的节能灯一样,它变成人类需要光亮的生活必需品,技术进步已经不是它前进的动力,因为它已经是价格最便宜,光效最高的无污染光源了。

现在你用的LED灯泡是100流明瓦,你会因为飞利浦最近出一款120流明瓦的新产品而去换灯吗?LED光源不会像电子消费品只要技术更新换代就会出现换机潮,而用技术降低成本的比例也越来越小,这个现状会持续很久很久。

显示市场除了最近小间距需求变大以外,背光可谓一片惨淡,大尺寸背光市场的饱和,加上OLED的步步紧逼,在液晶显示供应链的LED背光似乎处于非常尴尬的境地,最近的氛围都在提Micro LED,真的有机会让这个技术给供过于求的技术人员发挥的舞台吗?下面是我个人对这个技术的未来分析。

♦ 苍白与无力的LED技术人员大反扑!Micro LED

最近micro LED被炒得火热,这一波的热议很特别,是由海外开始的,并没有在国内产生多少涟漪,我一直认为在液晶电视出来之前,显示技术的更新换代是比较有意义的,清晰的画质,节省大量的用电与少去有害的污染物质,跟照明一样,经过钨丝灯,节能灯到LED,目标是更省电更环保,显示技术也是如此,到了液晶时代已经到了一个里程碑。

但是人类从来不是一个满足于现状的动物,现在显示技术的竞争就是如何满足人类视觉更苛刻的贪婪要求,于是群雄并起,如图五所示,主轴是LCD+LED背光与OLED的对抗,配角是量子点,激光显示与小间距LED显示屏,LED始终在这场战争里当配角或随从的角色,LCD与OLED对抗,LED是LCD的背光源,本质还是LCD与OLED的对抗,小间距LED显示屏几乎只能是这场战争里面的配角而已,它要挑战显示市场的主流几乎不可能,它只能在户外与户内远距离观看的显示市场有发挥的空间。


图五:显示产业的竞争图

最近热炒的Micro LED有机会吗?这个问题很难回答,但是现实却也很残酷,就算Micro LED可以取代显示市场又如何?对LED整个市场有影响吗?我想答案是LED技术从业者不想听的,我试着从最近谈论Micro LED优点的两方面给大家解答:

说法一:Micro LED技术可以跟OLED竞争,主导未来显示市场

回答:

依照我看到的Micro LED技术的优点,确实有跟OLED一较高下的实力,但是它只是把失去的市场拿回来,OLED取代LCD+LED背光,Micro LED再把OLED干掉,一去一回,LED还是那个LED,只是角色从背光变成主动像素发光,技术升级了,成本可能增加更多。

况且目前OLED还在与LCD竞争,他们的投资巨大,成本会越来越低,Micro LED在跟他们竞争上会落于先天的弱势,短时间很难造成对他们的威胁,而且技术成熟度非常低,目前我看到的只是处于概念阶段,想要竞争,估计没有五年很难成功。

说法二:Micro LED会解决上游过剩的问题,未来上游还有扩产的空间

回答:

OLED要取代LCD+LED背光,LED确实受到用量减少的威胁,不过因为照明市场的崛起,这个减少不会对LED市场有多大的影响,而且目前小间距显示屏市场的崛起,LED用量确实增加了不少,就算Micro LED取代了OLED,对LED市场也起不了什么波涛,就是LED用量增加了几个百分点,要用Micro LED来解决LED芯片产能过剩的问题,我觉得是一个假议题,至少内地不是,也许海外LED厂商需要,因为LED背光需求已经萎缩得很严重了,没有新技术来刺激显示市场,他们会更难过,更难存活下去。

所以Micro LED对大陆来说是不可能受到重视的,这是台湾与海外LED公司为了与大陆竞争者进行市场差异化所描绘的远景,也许成功了,这些海外LED玩家差异化策略奏效,但是对整个LED市场影响有限,最受伤的又是最近衰事不断的韩国,因为冲击最大的还是OLED,但是对最近拼命上液晶十代厂与十一代厂的大陆公司来说,冲击不是更大吗?

而Micro LED未来量产的设备投资据说也很大,性价比能不能超越上述韩国OLED与大陆LCD的玩家,我的看法是悲观的,就像《唐吉诃德》的遭遇一样,我只能用LED技术人苍白无力的反扑来形容Micro LED对这个产业的意义。

LED还有机会重回半导体产业吗?

目前LED技术已经进入瓶颈时期,被技术人期待的倒装或CSP技术在2016年似乎进入雷声大雨点小的尴尬,尤其是CSP,除了大尺寸背光,在照明领域似乎起不了任何照明厂商的兴趣,只有特殊与小众市场,半导体技术路线才有发挥的余地,倒装技术之于手机闪光灯,硅衬底垂直结构技术之于车用照明与紫外光LED,CSP技术之于市场萎缩的背光,氮化镓同质衬底技术之于激光?这些高大上的技术似乎只能聚焦在特定的市场,对通用照明几乎起不了什么作用,LED要回到半导体时代似乎机会渺茫!

除非倒装技术相对于正装可以提高LED性价比30%以上,依照目前倒装的共晶技术或回流焊技术,在器件性能与成本上似乎很难达到,还有一段很艰难的路要走,2018年或许是一个节点,不过那时候倒装技术已经不再是高大上的技术了。

论激光二极管LD与可见光通信是否可以再造一个新的半导体照明时代

激光照明是中村修二教授最近提出的新光源,我想中村当然看好激光,因为他自己目前的研究领域就是激光,尤其是蓝光与绿光激光二极管,他自己当顾问的公司也在推广激光二极管。


中村修二自己当广告明星代言蓝光激光二极管

中村教授有一个追求极限的使命,所以在完成LED任务之后,他觉得LED还不够完美,他认为激光才是最好的光源,跟很多研发科学家一样,他们只追求极致与完美,但是忽略了经济效益,科学家一般都不是好的经营者或管理者,所以一味地看好而没有量产经济效益的考虑,然后说要取代LED照明,我认为他是乐观主义者,不够务实。

但是他也看到了方向,就是如何利用中国的力量完成他的使命,这个方向是对的,如果中国可以在氮化镓衬底的价格完成革命性的突破,也许激光照明是有机会的,但是绝对不会很快,我估计在特殊照明如汽车与激光显示会有比较快突破,估计在2018年左右,将会有一定比例的汽车与激光显示器占据市场,至于激光要渗透进入通用照明,我想乐观至少要五年以上的时间,悲观估计永远不可能取代。

关键就在中国力量能不能帮中村教授一臂之力,未来所有汽车能不能都有激光大灯,微型激光投影机能不能普及,中村修二与中国制造的合作将是唯一的可能与机会!



图六:可见光通信技术目前的状态与未来的挑战

LiFi的概念最早是英国爱丁堡大学哈斯教授提出来的,LiFi又称为可见光通信(VLC),是面向LED照明产业、通信产业、物联网产业等多领域交叉融合、具有广阔市场应用空间和战略发展前景的高新技术,国际上有多个研究单位正开展高响应速率GaN基LED的研究工作,很多研究小组发现单量子阱GaN基LED结构更容易获得高的响应速率和更好的温度特性,在20mA条件下得到250Mbit/s的光纤传输速率,目前照明级LED满足可见光通信的应用要求,速度能达到150M/秒。

可见光通信虽然已经触及定位方面的初步应用,但是这个全新概念还属于实验室阶段,未来也许随着数据高效转化及多通道传输系统等配套技术的解决,可见光通信应对大数据时代,对于网速提出更高要求时,LiFi也许可以脱颖而出,

如图六所示,目前只是处于实验室成功阶段,离技术成熟和普及还需至少5年时间,也许这两年“华为”开始关注这项技术之后,我们才能看清这个技术对LED产业是否有开创性的贡献,到时候的我也许比较关注如何让我的LED在单量子井结构下能兼顾照明亮度与更快的可见光传输。

  未来五年的照明与显示格局 

照明未来是LED天下一统,这是无法逆转的,因为LED已经把技术与成本发挥到极致了,几乎没有任何光源可以跟LED竞争,其他的如激光,OLED与等离子光源估计只能在特殊照明市场发挥。

显示就不是如此了,LCD与LED合作但是各怀鬼胎,抗拒OLED、量子点与激光显示的挑战,micro LED就像LED狐狸后面的那只老虎,看似声势浩大,其实八字还没有一撇,所谓狐假虎威是也,目前来看,显示的市场已经进入混战厮杀的新时代,每个技术都是大手笔的投资,谁也输不起,以我的观察,大尺寸显示未来会是LCD与激光投影显示的竞争,中小尺寸估计会是LCD,OLED与量子点的天下,Micro LED会是最后的收割者吗?五年以后的事我可能预测不出来,所以五年内应该不可能吧!

♦ LED技术人角色的调适与转进

过去十年,LED吸纳了大量的海内外人才,这三年,由于LED产业特色由半导体行业属性向照明产业的转变,爆发了一波人才泡沫,过去LED技术人才几乎比其他行业技术人才待遇高出50%以上,经过这一波行业属性的调整,LED释放了大量的高端人力,在这个科技瞬息万变的时代,你目前所拥有的技术不一定是你的铁饭碗,也许你已经财务自由,这样你可以开始享受你的未来生活了。如果没有,我想到的出路有三个方向给大家参考:

第一,如果你还有不错的外语能力与很高的情商EQ,发展多方位才能或许可以让你继续悠游在这个产业,LED照明行业也许不需要这么多专门的技术人才,但是随着中国LED的国际企图心雄起,中国LED需要有技术与管理背景的国际化人才,你如果够厉害,以后很多中国LED老板会请你去管美国,荷兰与德国的员工,你想挑战吗?

第二,人类对感官的享受是永不停止的,或许你还是很死脑筋,认为OLED或许不是显示技术的终点,认为在显示方面Micro LED或许有一搏的机会,你可以继续留在这个行业奋斗,但是你会很孤单,你的老板为了省下预算,研发团队或许会缩编,很少的经费,很少的技术团队,也许薪水也缩水了,希望在这样的条件下你还沉得住,当然如果你运气很好,在财大气粗的土豪公司研发这些未来技术,我只能跟你说“好好珍惜吧”。

第三,转进相近材料或技术的产业,如果你不到四十岁,还有两个高大上的领域你可以去试试,不过你要调试心态,从学习者开始进入,放低身段或许还有机会成为你的事业第二春,激光与高功率器件未来十年还是新科技,尤其是深圳准备与中村合作激光技术,深圳以后会是半导体激光的制造中心也不无可能。中国现在对半导体产业是发了疯似的支持,只是因为中国进口半导体芯片的金额居然比石油还高,雨露均沾的氮化镓功率器件或许也会有大笔资金投入与扶持,身为氮化镓LED技术高手的你心动了吗?

LED技术人员在进入照明时代的失落是这个行业必然的结果,不需要矢志,不需要悲观!

你有每天学习吗?你觉得今天的自己比昨天更好吗?你如果有信心可以让自己每过一天,自己就进步一大步,那么,目前身为LED行业尖兵的你,对未来,你还有什么担忧的事呢?

以此篇文章与所有从事LED的人共勉!(本文作者:广东德力光电副总经理叶国光)





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