美国能源部发布固态照明制造研发新路线图

美国能源部发布固态照明制造研发新路线图

美国能源部公布2012年更新的SSL制造业R&D路线图指南研究计划，公布了2015年和2020年的LED和OLED极具挑战的生产成本目标。

此次路线图计划采纳了4月份召开的OLED和LED专家小组会议，并于6月13日至14日在加利福尼亚州圣何塞市举行的、由200人参与的第四届SSL制造业R&D研讨会上总结而成。

图一：LED A19 60W更换灯泡的预计成本跟踪。美国能源部2012年多年研发项目计划(MYPP)中假定2015年降价($/klm)66%、2020年降价80%。(资料来源：2011年制造会议的与会者提供的数据)

“路线图”的主要目标是为制造业R&D项目直募资金、补充DOE SSL R&D多年度计划(MYPP)、指导核心产品开发R&D项目。路线图还提到将为符合预期演变的SSL制造业界共识基础上的设备和材料供应商提供辅助——从而降低风险、提高产品质量、增加产量、降低成本。项目涉及的企业有通用显示器公司(UDC)、Moser Baer公司、美国应用材料公司、Veeco公司、桑迪亚国家实验室、KLA-Tencor公司、GE照明解决方案、雅达、飞利浦Lumileds公司以及杜邦显示器公司。

LED专家小组确定了四个优先LED的任务，包括支持发展中的国家柔性生产最先进的模块、光引擎和灯具;开发高速、无损检测设备和生产各阶段质量检测设备;识别关键问题及后期封装LED处理;改善荧光粉生产。

路线图指出，LED照明设备/模块目标：

1、先进的LED封装和模具集成到灯具(如精密封装技术，贴片技术等);

2、更有效地利用零部件和原材料;

3、简化的散热设计;

4、重量的减轻;

5、优化设计高效、低成本的制造(如易于装配);

6、增加机械、电气和光学功能集成;

7、降低生产成本，通过自动化、改进生产工具或产品设计软件。

到2015年的具体目标包括每年增加2倍的吞吐量，减少OEM灯泡价格(从$ 50/klm 降级至$ 10/klm)，每2~3年减少50%的装配成本，改善色彩控制(从7 SDCM至4 SDCM)。

                           图二、预计LED封装成本(来源：2011年和2012年制造会议与会者编译)

讨论集中在LED封装制造工艺和使用成本较低的材料，具体而言，从2012年封装LED吞吐量每年增加2倍，每2~3年减少50%的装配成本(cost/klm)、每2~3年减少50%的包装成本($/平方毫米)、每2~3年每包成本($ /klm)减少50%。

在测试和检验的讨论中呼吁支持发展高速、高分辨率的、非破坏性的测试设备，标准化的测试程序和相应的度量应在价值链的每个阶段内：半导体晶片、外延层、LED管芯、封装型发光二极管、模块、灯具和光学元件。产品质量保证包括设备、在现场的过程监控、在线过程控制或最终产品的测试/分级。测试和检验具体目标为：到2015年实现单一bin单位/小时双倍生产能力，并每5年减少2~3倍COO。

在工作温度下的LED晶圆级高速监测中特别关注为光输出、颜色质量和颜色的一致性的测试设备将促进LED和荧光粉匹配的自动化和加速最后的设备分级。

关于改善制造荧光粉，路线图要求到2015年，尺寸较大的批次(从1~5公斤至20公斤)，每2-3年(成本/公斤)减少50%，磷的利用率从50%提高至90%，提高PSD范围均匀性从30到10，提高Duv的控制从0.012 <0.002，提高厚度均匀性从5%(1sigma)到2%(1sigma)，减少50%的cost/klm，提高设备到设备的再现性从4 SDCM到2 SDCM。路线图中最重要的一点变化是将降低制造成本作为重点而不是降价。

　　                                 图三、规划中的OLED照明成本(资料来源：2012 SSL制造业R&D路线图)

路线中对OLED的规划为开发更好的OLED沉积设备和更好的OLED材料，发展OLED生产设备，可实现高速、低成本，实现的目标成本为优质面板每平方米小于一百美元。

在材料方面，到2015年无论是基板和封装材料必须符合严格的规范，包括基板提取效率为50%、薄层电阻小于1欧姆/平方以及总成本降至每平米60美元。封装材料必须通过透水性规范每天10-6 克/平米，氧渗透性为每天10-4 cc/m2/atm以及成本每平米35美元。

飞利浦表示，OLED照明样品目前的价格是$ 1500~2000/klm，可购买的面板价格范围为$ 800/klm。路线图假设，到2015年OLED 光源降至$50/klm，OLED面板成本将降至$30/klm。 路线图列出了最关键的短期挑战：

1、减少基板周期批次至约1分钟;

2、增加材料的利用率大于 70%;

3、优质面板产量提高为80%;

4、衬底部分光发射约为80%;

5、减少制造的停机时间至约20%。

总体而言，需要降低OLED的生产成本至20~100倍，使OLED更具竞争力(如与侧面发光的LED灯具相比)。