日本東京LIGHTING JAPAN & NEPCON JAPAN & AUTOMOTIVE WORLD 2013 特別報導系列(二)

刊登日期:2013/1/18
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展會人潮川流不息 台灣廠商積極參與
根據主辦單位現場的統計資料,今年三大主題展會的總參展家數再度刷新以往記錄,超過一千五百家的科技大廠在人潮川流不息的展覽會場卯足全力,努力展現獨特的技術能力與超高品質的產品內容,而來自台灣的參展廠商更是積極參與其中。這次不論是在照明展區或是電子封裝製造展區皆設有台灣館,兩區加總大約有數十家的台灣廠商在展會設立攤位。在照明展區的部份,台灣廠商主要展示包括LED燈泡、散熱材料、陶瓷散熱模組、鋁材散熱模組之相關技術與產品。在LED照明自動化測試技術部份,致茂電子在現場展示獨特的光學量測技術
(如影片) ,降低以往使用積分球量測方式所造成之燈具品質的參差不齊,且適合各種LED燈具之自動化量測系統。另外,在現場也展示一台可量測LED燈管的測試設備,吸引不少參觀者的詢問。


圖一、致茂電子展示可自動化檢查LED燈管的量測設備

在Nepcon展區中,台灣廠商主要展示各種電子部件的製造能力,希望藉此展會進入日本市場。當然其中也有些廠商早已深耕日本多年,如旭立科技即早已在日本大阪成立日本旭立科技,這次展場中主要展示non-silicon散熱膠材,此系列的產品是目前日本廠商最有興趣開發的散熱材料,可避免高溫操作環境下汙染其它元件,造成短路現象。

  
圖二、旭立科技展示non-silicon散熱材料

Nepcon Japan 2013展場直擊
在Nepcon Japan 2013的三大會議主軸:材料、載具及設計架構下,昨(1/17)天的報導中,介紹了世界大廠提出的技術藍圖,從中可知應用載具設計皆往輕、薄、高密度、高頻、高速及高功率等功能發展。因此,接下來第二與第三天的介紹內容將以高功率元件應用載具(LED模組、汽車)為主軸,帶領大家更深入瞭解各大廠商發表的最新材料現況與未來發展趨勢,其中包含導熱、導電、透明、Low Dk / Low Df及Low CTE等技術。

1. 導熱材料
因應高功率元件應用載具開發,於展覽會場中材料廠商幾乎都有發表各式各樣的導熱材料,包含金屬、有機複合材或金屬/碳複合材等;有膏狀、薄膜、基板等型式來因應不同加工製程與系統設計。日本廠商有Toray、UBE、Sumitomo Bakelite、Denka、Mitsubishi Gas、Risho Kogyo Co.、Sanyu Rec Co.等公司;台灣廠商則有阡隆科技、旭立科技等公司。

針對LED照明用散熱基板,Toary發表PI導熱絕緣接著劑,其具有高耐熱、low modulus、low CTE、低溫/低壓可加工等特性,其它特性如下表。

表一、Toray所發表之PI導熱絕緣接著劑特性表

(source : Nepcon 2013)

另外,UBE發表PI高導熱樹脂,其具有低吸水、高導熱等特性,其它特性如下表。

表二、UBE所發表之PI高導熱樹脂特性表

(source : Nepcon 2013)

Sumitomo Bakelite則發表一款ALC-1331應用於LED照明、電源供應器及功率轉換器等,以鋁基材為主,其相關特性如下表。

表三、Sumitomo Bakelite所發表之鋁基散熱絕緣材料特性表

(source : Nepcon 2013)

而Denka也發表兩款鋁基散熱基板材料,其導熱係數分別為4.1與8.3W/m*K,可應用於LED照明、功率元件等。


(source : Nepcon 2013)
圖三、Denka所發表之鋁基材DA-3與測試結果

Mitsubishi Gas發表多款以BT樹脂為核心之散熱基板材料,具有高剛性、low warpage,可應用於LED照明、功率模組等,其相關特性如下表。

表四、Mitsubishi Gas所發表多款散熱基板材料之特性表

(source : Nepcon 2013)

Risho Kogyo Co.發表多款散熱型PCB材料,可應用於LED模組、功率基板等,其相關特性如下表。

表五、Risho Kogyo Co.所發表之多款散熱型PCB材料特性表

(source : Nepcon 2013)

台灣旭立科技於會場發表多款熱界面材料,因應不同應用載具需求,其導熱係數為0.9~12W/m*K,且部分材料具有相變化功能,擴大其產品應用性。


圖四、旭立科技發表多款熱界面材料
(source : Nepcon 2013)

台灣阡隆科技也發表LED模組用散熱基板,其可彎折、導熱係數達89.6W/m*K,且破壞電壓達5~6KVAC@80μm;其它驗證結果如下圖。


圖五、阡隆科技發表LED模組用散熱基板
(source : Nepcon 2013)

2. 透明材料
主要發表樹脂材料為應用於LED封裝製程,其特色為透明、可撓、UV快速硬化、高折射率、耐熱或導電性等。例如Sanyu Rec Co.以urethane resin為基材,其為非silicone系統、可低溫硬化(r.t.~80℃)且透明度>90%,現場展品如下圖。

  
圖六、Sanyu Rec Co.之LED light bar

Daicel開發多款透明材料,包含UV快速硬化型透明接著劑,其具有low shrinkage、high Tg、Reflowable、high transparency等特性(下表一);UV/熱硬化型透明封裝材,其具有low shrinkage、high Tg、Reflowable、fast cure、Low CTE等特性(下表二);高折射率材料,其具有high reflective index、low viscosity、low curing temperature、anti-etching等特性(下表三)。

表六、Daicel所發表之UV快速硬化型透明接著劑特性表

(source : Nepcon 2013)

表七、Daicel所發表之UV/熱硬化型透明封裝材特性表

(source : Nepcon 2013)

表八、Daicel所發表之高折射率材料特性表

(source : Nepcon 2013)


LIGHTING JAPAN 2013看LED與OLED照明市場趨勢
在首場專門技術研討會中,野村綜合研究所針對LED/OLED照明產業的最新市場趨勢,指出全球照明市場未來仍將繼續成長,到2015年將達到近1200億美金規模。從2000年至2015年(預測)的平均複合增長率(CAGR)為4.9%。


(source : Lighting Japan 2013)
圖七、全球照明市場趨勢

另一Frost & Sullivan的研究指出,LED照明市場將於2018年達到232美金規模(圖示的價格單位應修正為Billion)。預測LED照明市場從2013年至2018年的年增長率都超過30%。這表示LED在全球照明市場中仍維持高度的滲透率。其主要的原因是LED照明價格持續下滑以及因應全球節能趨勢,低能源效率的傳統燈泡(如白熾燈泡)將逐漸遭淘汰。


 (source : Lighting Japan 2013)

 圖八、LED照明市場趨勢

日本OLED照明廠商Konica Minolta指出,OLED照明技術已經接近量產化的成熟階段,加上各廠商計畫於2013-2015年期間陸續投產,OLED照明市場將從2015年後明顯成長。以樂觀的預估,到2020年將達9000億日幣的產值(約100億美金)。到2020年,全球照明市場將有超過50%是LED與OLED的次世代照明產品。


(source : Lighting Japan 2013)
圖九、OLED照明市場趨勢

OLED照明技術發展
相對於產品與市場成熟的LED照明,現階段OLED照明關鍵技術仍持續發展中。Philips指出,OLED照明發展有幾個關鍵因素,包括設計自由度、光的演色性指數(CRI)、成本、發光效率、亮度、壽命與色溫穩定度等。這些關鍵因素中,目前仍以成本因素最影響OLED照明的未來發展。而影響OLED照明成本有三個主要因素:材料成本、製程成本(含投資設備攤提)、製造大型化的發展速度。


(source : Lighting Japan 2013)
圖十、OLED照明發展的關鍵因素與現況

全球OLED照明廠商在製造技術發展上有2個主要方向,一是沿用OLED顯示器製造的真空蒸鍍技術,並利用進化的線蒸鍍源技術大幅提高材料使用率與縮短量產製程之鍍膜時間;二是採用溶液塗佈型材料(包括印刷法或塗佈法),使材料使用率幾乎達100%,以期達到降低OLED照明價格的目標。

日本山形大學的Kido教授對兩種OLED照明製程技術的元件發光效率提出看法與預測。到2018年,真空蒸鍍法實驗技術的發光效率可以達到200 lm/W,而量產產品於2021年可以達到200 lm/W。相對於溶液塗佈法,2020年實驗技術的發光效率可以達到100 lm/W,量產產品可以達到70 lm/W。相對於LED,美國能源部預測LED照明量產產品在2020年可以達到258 lm/W。


(source : Lighting Japan 2013)
圖十一、OLED照明效率的技術地圖

溶液塗佈型OLED照明製程技術已有重要進展
因高效率OLED光源元件是由多層有機材料所組成,且每層厚度僅有數十奈米,因此對於OLED元件使用溶液塗佈製程所遇到的難題就是如何維持每個塗佈層的厚度均勻性(厚度均勻性差會導致元件電流分布不均勻而造成元件壽命明顯變差)。

日本OLED照明廠商Konica Minolta就針對四層有機材料(包括電子傳輸層-ETL、發光層-EML、電洞傳輸層-HTL與電洞注入層-HIL)做真空蒸鍍製程與溶液塗佈製程之組合式比對。依據研究結果指出,並非每一層從真空蒸鍍製程變更為溶液塗佈製程,對OLED照明元件壽命有相同的影響,僅有發光層溶液塗佈製程對元件壽命有最關鍵性的影響。


(source : Lighting Japan 2013)
圖十二、溶液塗佈製程OLED照明元件的壽命關鍵因素是發光層塗佈

釐清發光層塗佈是關鍵因素後,Konica Minolta掌握相關塗佈技術,四層有機材料之全溶液製程OLED元件壽命已經達到全真空蒸鍍製程OLED元件壽命的80%水準。


(source : Lighting Japan 2013)
圖十三、Konica Minolta研究,溶液塗佈製程OLED照明元件的壽命已經達到全蒸鍍製程的80%水準

類似Konica Minolta的研究成果,OLED材料大廠UDC (Universal Display Corp.)於報告中也指出,該公司已掌握關鍵的溶液製程塗佈技術。該公司研究的OLED元件,除電子傳輸層-ETL使用真空蒸鍍,其他三層有機材料(包括發光層-EML、電洞傳輸層-HTL與電洞注入層-HIL)都使用溶液塗佈製程,而製作的OLED元件壽命已經和全真空蒸鍍製程OLED元件壽命旗鼓相當。

表九、UDC發表溶液塗佈製程與全蒸鍍製程OLED照明元件的壽命比較

(source : Lighting Japan 2013)

UDC發表OVJP研發成果
OLED照明元件製程,除真空蒸鍍或溶液塗佈(也包括兩者組合型)外,UDC發表另一種塗佈製程OVJP (Organic Vapor Jet Printing)方式。OVJP基本概念是讓整個塗佈設備於負4次方torr的中低真空下,讓非反應型鈍氣帶動受熱汽化的有機材料,再透過塗佈頭將材料塗佈於常溫的基板上。因整個設備裝置於中低真空下,因此材料熱昇華溫度與真空蒸鍍製程接近,但因為使用”gas”當溶劑載體,因此徹底解決原本溶液塗佈型所遇到溶劑的種種技術問題。


(source : Lighting Japan 2013)
圖十四、OVJP塗佈頭示意圖

為了讓OLED照明元件如OLED顯示器可以展現不同亮度與顏色變化,因此必須製作RGB Strip pattern的OLED照明元件。UDC採用OVJP製程技術順利製作RGB Strip pattern OLED照明元件(塗佈寬度可以小到1µm等級)。讓未來透過電壓與控制器來調整OLED照明亮度與顏色的期望又大幅跨進一步。


(source : Lighting Japan 2013)
圖十五、UDC以OVJP製程展示的RGB Strip pattern OLED照明元件

Nippon Electric Glass採用玻璃與高分子膜合成flexible 基板與應用於超薄與大型化OLED照明元件
對應已經成熟的LED照明,OLED照明發展初期須尋求利基產品。其中可以超薄型化與大面積捲對捲塗佈(Roll-top-Roll coating)是OLED照明產品的最大特色。日本Nippon Electric Glass將超薄玻璃與高分子膜結合成flexible基板(圖左),應用於OLED照明,產品厚度可以達到超薄0.1mm之大型面光源OLED照明產品(圖右)。這次展覽中,Nippon Electric Glass也展示他們的玻璃與高分子膜結合的軟性複合基材。


圖十六、使用日本Nippon Electric Glass flexible基板所製作之超薄大型面光源OLED照明元件

以上是材料世界網/工業材料雜誌編輯室邱國展/張敏忠/康靜怡來自東京LIGHTING JAPAN & NEPCON JAPAN & AUTOMOTIVE WORLD 2013現場的Live報導。更多精彩內容敬請期待下週一(1/21)系列三的特別報導。

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