LED照明产业的崛起是否预示着LED半导体时代的终结?

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。
1、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,***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***慢慢转移到中国大陆,一系列的技术都由***工程师带到大陆,***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***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***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?
2、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。
3、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***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。
4、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。
5、论激光二极管ld与可见光通信是否可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。
(图: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。
6、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!
7、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?

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