塞伦光电张彤：提高LED技术才能在行业动荡中“稳中求进”

2013年是LED发展爆发的元年，也是LED行业的是非年，产能过剩、核心技术缺失低价竞争、盈利下降、价格混乱、倒闭潮、跑路门……在如此动荡的时局下，企业面临着激烈的市场竞争。而在这激烈的竞争中，企业更多的把目光放在寻求市场、价格战中而忽视了技术的重要性。

虽然经过近10年的发展，LED技术已经取得了长足进步，产品已具有一定的性价比优势，但上游技术环节与国际水平相比仍有很大差距，仍然扮演者追逐者的角色。企业应该重视LED技术发展，加强技术研发，追求技术创新，才能以高品质高附加值的产品赢得市场，在行业动荡局势中“稳中求进”。产业的进步离不开技术的创新，而企业则必须是技术创新的主体，这已是任何行业发展的都必须面对的共同命题。

中睿照明网采访了英国塞伦光电副总裁张彤博士，了解了塞伦光电的技术发展，同时探讨了目前LED技术发展趋势，专利保护 ，LED企业如何获得长远发展等问题。

英国塞伦光电副总裁　张彤博士

　　中睿照明网：塞伦光电是以技术开发为主业的公司，那么贵公司的核心技术都有哪些?

　　张彤：塞伦光电工艺结合纳米技术和材料物理的基础研究将电光转化效率大幅提高。该技术为蓝、绿、白LED照明工艺提供了一种崭新的理念。它既能带来较之当下产品更亮，更优质的基于氮化镓的高亮LED材料，又符合低成本大规模生产的的要求。塞伦光电技术通过对LED材料自身的物理性能的改进而从根本上显著提高电光转化效率，这意味着我们在成本基本不变的情况下可以获得更亮的LED，或者将LED灯的功率消耗大幅缩减。同时高转化效率使得对散热的要求大为降低。这对LED在诸如通用照明系统等应用市场提供了一个更加经济实用的解决方案。通过分析自2000年以来LED产品的市场和技术走势，我们相信塞伦光电的工艺技术可以至少带给制造商约2-4年的技术优势。

下面稍加详细介绍一下我们目前主推的两项核心技术。这两项技术主要是针对蓝宝石衬底LED材料，但也可应用于基于硅、碳化硅等其它衬底的LED。其产业化将使我们不再需要像图形衬底或者光子晶体这样相对成本高、操作复杂的手段即可实现光效大幅提升。

第一项技术称作精细纳米柱法，它在对现有LED生产技术基本不增加成本的前提下以刻蚀技术获得具有一定表观特征要求的精细纳米柱结构，实现近85%的应力释放以大幅降低由于C平面蓝宝石衬底引起的自发反向压电电场，从而减小能耗和大幅提高材料发光效率。该技术在整体结构性和周期性方面没有要求，因此成本低，易操作。根据我们使用国内某大型外延片/芯片制造商所提供样品进行的对比测试，该技术对LED外延片电光转换的提升达到80%以上，封装后积分球内测试的光效提升大于30%;除此之外，我们的测试还表明该技术能够使得Droop效应大幅改善，因此非常适合大功率应用。

我们的第二项技术是非极化或半极化蓝宝石/氮化镓复合衬底生长法(以下简称“非/半极化复合衬底生技术”)。在高亮LED迅猛发展的过去20年里，基于极化的C平面蓝宝石的氮化镓材料经过全球科研人员和工程师的努力，其生长法已为广泛掌握。但同时其自发反向压电电场的极化特性又难以避免的削弱其物理和光学性能。这一点是许多器件性能问题的主要原因，比如内部量子效率的减小，阱厚度的限制，高的正向电压，载流子的溢出等等，从而严重削弱了材料的电光转换效率，从根本上限制了发光效率提升。我们可以通过前述的精细纳米柱法等手段在一定范围内减小其影响，而采用非极化或半极化材料则通过消除或大幅削弱自发压电极化而更加显著地提高发光效率。另外，由于自发压电极化很小甚至完全消除，我们可以有很大空间通过提高材料中的铟的配比实现高亮绿光LED而不用担心自发压电电场的影响，从而通过RGB法实现获得比荧光粉法更高品质的白光LED。从这两点来讲，非极化或半极化材料将引领新一代LED材料。

目前半极化氮化镓衬底主要通过锯切通过HVPE生长的氮化镓晶柱或氨热技术获得，它只能在小尺寸下实现，无法满足大尺寸、工业标准化的量产需求，因此导致生产成本过高而无法商业化。而欧美韩日的一些先进LED厂商和研究单位(如“蓝光之父”中村修二等)都一直在寻求高品质、中低成本的方法，但是成效有限。塞伦光电所拥有的世界独一无二的生长方法克服了上述问题，采用低成本的非/半极化复合衬底法，在2英寸或更大尺寸的蓝宝石衬底上不需要缓冲层而直接生长约3-5微米厚的氮化镓模板以构成高品质复合衬底，其缺陷密度和电光转化效率都明显优于全球市场上任何类似产品。

　　中睿照明网：您刚才提到公司的核心技术中“非/半极化复合衬底生技术“是一项怎样的技术?与图形蓝宝石衬底(PSS)技术有什么不同?具有怎样的优势和市场竞争力?

　　张彤：LED行业最高端的技术竞争集中体现在外延片制造工艺水平的差异上，LED外延片的工艺和材料的质量从根本上决定着终端应用(如灯具等)的品质和利润率。目前市场上基于氮化镓的高亮LED材料(蓝、绿、白光)大多数是生长在C平面蓝宝石衬底上。但是氮化镓与蓝宝石之间超过16%的结构不匹配导致严重的材料缺陷和自发压电极化特性而引起的内耗损失，这直接阻碍了电能到光能的转换效率以及光输出。同时这个问题还导致芯片散热要求高而影响使用寿命。

目前国内80%左右的LED外延片厂商不同程度采用所谓图形化衬底替代普通(无图形)衬底试图缓解此问题。这样处理的结果使得封装后的LED芯片发光效率约有10-15% 左右的提升，而所付出的代价是高达达50%的衬底材料成本的增加!

相比之下，我们精细纳米柱法如图形化衬底法一样也属于表面或亚表面粗化的一种，但在成本和操作难度上都远低于图形衬底法，却带来更加显著的光效提升。而非/半极化复合衬底法更是完全或基本上消除了反向压电电场的影响，因此拥有更大的光效提升空间。

　　中睿照明网：据了解，目前半导体照明的衬底材料包括蓝宝石、SiC、Si、GaN等，产业化的主流衬底是蓝宝石和SiC。您认为未来衬底材料的技术发展方向是什么?您对GaN-on-GaN LED的技术路线怎么看?

　　张彤：首先讲一下氮化镓衬底，他所能提供的同质生长能够带来的好处是不言而喻的，比如同质生长的非极化氮化镓的缺陷密度比我们复合衬底法生长的材料(~ 108 厘米-2)低两个数量级。但是考虑到其高昂的价格使得其性价比较差，因此氮化镓衬底的未来可能将局限于激光、军工的对价格不那么敏感的应用领域。

碳化硅衬底的使用则受到价格和专利技术的双重因素制约。其相关技术基本上还是掌握在科瑞一家手里。其他竞争者这几年拼下来发现还是远非科瑞的对手，这使得相关基于碳化硅衬底的LED研究变得曲高和寡。相比之下基于蓝宝石衬底的LED研究则一直保持不错的势头，这使得前者在发光效率方面的优势将越来越不明显。相信再有一两年的时间会有越来越多的人看到非/半极化复合衬底具有应用广、性能好、价格低等众多优点，而且不会有一家独大的问题。所以我的个人观点是除非碳化硅技术迅速普及化否则在不远将来将很难与非/半极化复合衬底技术所带来的新一波高高性价比的产品应用相抗衡。

最后讲一下硅衬底，其实它在过去几十年的成功实在非常诱人，而且硅衬底LED在国内是非常受重视的，只不过我还是忍不住想泼些冷水。首先硅衬底在与氮化镓晶格和热应力方面不匹配的硬伤而且尚未看到在光效和曲度方面有较好的解决途径使其达到或优于蓝宝石衬底LED的水平。其次，硅衬底上的LED必须和成型的CMOS技术匹配(否则使用硅衬底的意义将大为缩水)，但是实现这一点还需要很多工作。第三是尺寸和价格因素，这里我们不妨看一下一个LED灯具的成本构成：其中LED材料占总成本的45%，而衬底又占LED材料成本的11%，因此衬底部分对总成本的影响只有5%不到。而现在蓝宝石衬底在国外已经比较广泛的使用4英寸材料，有些厂商已经开始向6英寸产能迈进，因此我认为使用硅衬底的话尺寸至少达到8英寸或更大，否则很难与蓝宝石衬底抗衡。第四点是总良率。我所了解硅衬底LED的良品率还远不及蓝宝石衬底。综上所述，目前来看我会更加看好蓝宝石作为LED基材的未来。

　　中睿照明网：作为技术开发的公司，专利的保护非常重要，那么贵公司在专利保护方面有没有采取什么措施?

　　张彤：我们在欧洲，美洲和中国等地都已成功申请多项专利。随着中国对高技术的渴求和对知识产权的保障日益完善，相信我们以及象我们这样具有高技术含量的企业将会得到更好的法律保护。另外，我们也在积极着手和有诚意的大中型国内企业洽谈合作，以此为基点共同保护技术优势，共同谋求发展。相信这是一条实现塞伦光电，国内企业和中国的光电事业共同发展三赢的道路。

其次，为了尽量防止一些厂商寻找“捷径”，塞伦光电的核心技术分成专利权保护部分和技术诀窍部分两大块。通过应用我们技术所生产产品进行所谓“逆向工程”来挖掘其技术诀窍会是个吃力不讨好的工作。

其三，我相信业内藏龙卧虎，“逆向工程”终究能够了解我们技术的核心。我们除了依靠法律保护之外，同时还在积极开发现有技术的升级模块。比如前面提到的精细纳米柱法现在已有两个升级模块在研发过程中，其中一项预计明年底前后即可完成。我们会不断通过新的技术和专利是我们和我们的合作者领先一步。

　　中睿照明网：作为新兴产业，LED产业受到了世界各国的重视，但目前LED产业的发展并没有像人们预期的那么好，您如何看待目前LED市场的发展?目前 LED产业的发展还存在哪些问题?

　　张彤：国内LED市场在2010年的60%的迅猛增长后，2011和2012两年经受了来自三方面的冲击：全球金融危机、低技术含量LED企业进入市场而引发的LED产业过热(一方面低质量产品充斥市场而无销路，另一方面中高端产品受到市场挤压而无力着眼质量提升)，恶性价格战导致的价格一降再降。其结果就是过去这两年LED市场停滞不前。但是从积极的角度来看，这也是我们大家可以冷静思考一下的好时机。进入2013年，业内人士的思维与战略逐步趋于理性，供求关系渐渐趋于合理化之后能够有更强的实力去面对新的挑战。其中不乏一些国内外的生产厂商渐渐将目光更多的集中在如何提升技术竞争力这个在任何高科技产业中都应该是重中之重的要素上。我在2012年底曾提到过积极降低成本法的概念：LED产品要想进入寻常百姓家，没有优惠的价格和优秀的质量则长期存活下去的，但是靠压缩利润空间来缩减成本是个笨办法也不可能维持很久，企业必须通过垂直整合和产研联盟，以高技术为依托，于LED上游这个环节在基本不提高成本的前提下大力提升光效，这样才能有效地降低 $/流明值，拓宽自己的竞争空间。LED是真正的高科技产业，对于那些不懂技术或者不尊重技术的企业就只好自生自灭了，而且“灭”的越快，LED产业恢复到良性发展速度就越快。经过这一段冷静和反思，业内的企业会少了很多，但同时LED产业的第二个发展期也离我们很近了。诸如国家发改委以及一些重量级企业在今年已多次用“回暖”、“井喷式发展”等字眼表述2103年下半年以及不远将来LED行业将给市场以及投资者带来的巨大发展空间。市场预测表明仅氮化镓LED产品一项在未来两年内就将达到约110亿美元的年产值。

　　中睿照明网：在竞争日益激烈的LED市场，LED企业要获得长远点的发展，需要朝哪些方面努力?

　　张彤：我们面前是一场正在经历的照明产业的革命，而革命这件事情本应该是我们很在行的。马克思说过“科学技术是生产力”，毛泽东说过“要用自然科学来了解自然，克服自然，改造自然”，邓小平说过“科学技术是第一生产力”。你看，前人都说得很清楚了，怎么我们真的到了高科技商战中就把这些都忘了而只记得资本运作了呢?对于像中国这样的大国，我是坚信实业为兴国之本，而是技术竞争力是高科技产业的生存发展之本。看看我们某个邻邦的汽车产业，当初兴起的时候也曾“山寨”过，但是他们终于拥有了核心部件的核心技术，而自那一天起，他们才开始步入世界三强的行列。而LED的核心就是上游的光效提升。说了这么多好像有点跑题了。这样吧，用16个字总结一下我对LED产业长远发展的想法：垂直整合，自己作主;引进技术，产研联盟。

　　中睿照明网：“产学研”结合在中国已经被提很多年了，您是如何看待这个问题的?我们知道塞伦光电全权拥有英国谢菲尔德大学和卡迪夫大学的研究成果，那么贵公司在产研结合发面是如何做的?在产研结合中应注意哪些问题?

　　张彤：在欧美的高科技开发公司中不乏像塞伦光电这样依托于大学，以技术研发和推广为目的的公司。他们的人员以博士，博士后以及曾在生产一线的技术人员组成，再配备丰厚的专项专用的研发经费和政府政策的大力支持(比如塞伦光电所获英国技术战略委员会的财政支持)，所以新产品和新技术的开发效率较之生产单位的研发部门要高的多。从具体操作上讲，一方面我们与大学保持良好的研发合作;另一方面我们明确地将技术商业化作为目标，遵从80-20法则，在成本控制和流程控制的前提下追求高品质。这是与大学的研究工作中相对不计成本以追求最佳性能的诉求不一样，但是我们又是产学之间一座很好的桥梁。我们的最终“产品”是适于大规模生产的成型技术。这些技术虽然本身无法直接创造价值，但是一旦应用于生产线上则立刻可以对生产力产生强大推动，并成为高科技行业的生产商们保持其竞争优势最有效的方法。我相信高科技开发和大规模生产力以及市场规模的有机结合必将是中国LED行业良性发展的必然趋势。另外，从过往的高新科技产业发展的历史看不乏这样成功的案例。比如十多年前诺基亚与国内某通信首信的合作：1995年3月双方达成合资 – 双方各占50%股权，1996年开始量产手机。在合作达成前首信总销售额不过1.6亿，利润189万;而1996年其销售额和利润分别猛增到14.1亿元和856万元。在这个案例中我们看到技术投资所带来的巨大经济效益，这可谓是20年来产研结合的绚丽玫瑰。

　　中睿照明网：目前，塞伦光电主要的目标客户有哪些?都覆盖了哪些国家和地区?

　　张彤：我们于2012年与印度的一家LED生产厂商签订了专利技术授权协议。根据该协议的条款，塞伦光电将精细纳米柱法技术的区域使用权授予了这家合作伙伴。之后我们逐渐开始在亚洲尤其是东亚、美国和欧洲开始推进我们的技术和寻找合作伙伴，交流对象都是各地区乃至全球LED产业的最强者。他们或是有为天下先的魄力和能力，或是有影响市场导向和价格制定的能力;

　　中睿照明网：中国拥有着被广为看好的LED应用市场，塞伦光电在中国市场的开拓情况如何?您又是如何看待中国LED市场发展的?

　　张彤：从整体看，过去几年LED行业的迅猛发展，我认为是喜忧参半。喜的是中国拥有大多国外同业无法比拟的政府支持和内需市场，忧的是有一些企业比较急功近利，没有对如何开发自身的技术尤其是上游技术和相关技术人才足够重视，而是较多关注于芯片和灯具这一块的发展。然而中国如果不想在LED行业永远做别人的代工厂就必须在上游外延片这个环节加大开发力度，首先需要持续不断地自主开发或积极引进技术和技术人才提高LED材料光效，降低能耗，降低成本。其次，我们要把眼光放得更长远些，企业的管理层需要明确未来2-3年的技术(而非仅仅市场)的发展趋势。比如我们在国内推广非/半极化复合衬底技术所听到的比较多的评价是“这个技术很好，但是市场上还没有成型产品，所以我们不考虑”，而在欧美的推广中所听到的更多是“这个技术很好，而且市场上还没有成型产品，所以这是我们的机遇” !最后就这个问题我想表达一点，如果中国的LED企业的雄心不仅限于国内而是着眼全球市场就必须要有对全产业链从质量到价格的掌控，而对全产业链的掌控最重要的是对上游源头的掌控，因此我们一定要尽早获得这一最重要环节技术的领导地位。

　　中睿照明网：在中国市场的开拓上，会采取何种合作方式?我们了解到贵公司已经与印度一家LED生产商签订了专利技术授权协议，那么会在中国市场采取同样的方式吗?

　　张彤：塞伦光电在中国市场的拓展将会依据中国国情寻求一条适合国情的合作之路。我们远景计划将是一个三方合作，即结合塞伦光电的优势技术，业内居于领先地位生产厂商的大规模生产能力与广阔市场，以及投资公司资金运作能力。这个不仅大幅拓展了营收能力，还将加强中国LED业界自身的技术研发，转化和支持的能力和中英在LED高技术研究方面的合作。此合作将是一个多元化，国际化，拥有雄厚营销和研发实力的大型企业。具体合作方式将根据国内生产厂商的具体情况定制技术投资或技术授权的合作。对此感兴趣的读者可以直接与我或者我们注香港的分部联系并深入探讨。

　　中睿照明网：在目前LED产业的发展形势下，塞伦光电未来3—5年的发展规划是什么?

　　张彤：未来5到10年的LED市场会像PC行业，尤其是上世纪末本世纪初10年左右的状况一样，价格战的腥风血雨难以避免。通过不断的技术提升以实现低附加成本条件下的光效提升才是LED企业生存发展、占得领导地位的取胜之道。因此如塞伦光电这样的技术开发公司将有很大的发展空间。我们预期一年内精细纳米柱法将会融入国内某企业的生产线以生产高品质LED外延片并整合中游工序。同时逐步扩展其在国内外的影响力、渗透力和市场份额。而之后对非/半极化复合衬底的引进将进一步大幅提升该企业的产品品质和核心竞争力，使其在残酷的竞争中不仅生存下来，并且在之后的3-5年的年增产值至少以15%至20%的速度稳步增长。

企业简介

塞伦光电最初作为英国谢菲尔德大学的衍生公司成立于2009年末。公司隶属于英国伦敦上市公司FushionIP集团旗下，业务主要是通过合作，合资以及技术授权等商业模式推广高亮LED方面的专利成果。塞伦光电在高亮LED方面主要有两大技术，以多种纳米技术大幅提高基于氮化镓LED材料的光输出。另外我们也对技术的可重复性、大规模生产的可行性等方面做了许多深入的工作。这些技术已经完全能够应用于大规模生产。