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,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?
  

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。
  

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?