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美国能源部发布固态照明制造研发新路线图

放大字体  缩小字体 发布日期:2012-09-04  来源:中国道路照明网  浏览次数:1360
核心提示: 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。
    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。
    图二、预计LED封装成本(来源:2011年和2012年制造会议与会者编译)

    图一:LEDA1960W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DOESSLR&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)、MoserBaer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7SDCM至4SDCM)。
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4SDCM到2SDCM.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:2012SSL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10-4cc/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)。
 
 
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