4月LED產業觀察(LED Observer Monthly APR09, Imprint leds the way) -- 奈米壓印光子晶體

國外篇

2009APR20 Imprint Rides Photonic Crystal Wave

發光二極體(Light-emitting diodes, LEDs)可以使用壓印蝕刻技術(imprint lithography)所製出的光子晶體(photonic crystals)來改善效率。有許多個LED製造商正發展光子晶體的技術來改善光萃取的效率與光源的形狀。但是仍有仍有許多的挑戰，例如晶片不是非常的乾淨且平坦，而且會在表面長成數個微米的節點。

從一系列發布的新聞中，暗示使用光子晶體的LED產品已經從利基的產品如LED的背光產品(按 Luminus Device 的產品)到大量量產的高亮度LED。

* 洲磊宣佈將在4月份開始採用子公司旭晶光的光子晶體產品來開發高亮度的照明產品。

*本月Lumileds則發表了薄型 (700 nm) 的光子晶體可以到達73%的光子萃取效率。

*先行者 Luminus Devices在二月與日亞化簽訂交叉授權協定。

* Cree在2008年底發表具有107 lm/W 的光子晶體LED。

* 旭晶光從 Mesophotonics 取得智慧財產權，並且從瑞典Obducat取得$13M美元的設備。

光子晶體在過去十年裡常在LED產業中被引述，作為改進LED光萃取效率與光源的形狀的工具。LED所使用的半導體素材是一種高反射性的平面厚板，可以導光，可是卻將大部分的光圈存在這個導光的物體中。

很大一部分的LED發明重點就是將表面給粗化，或是增加反光層將光從導光體中萃取出來。 另外一個解決方案就是使用光子晶體。

傳統使用光子晶體的場合是作為光導的外射連接器。用直徑小於射出光的光波長洞，以矩陣型行分布在光導的某個維度上，就不會有光射出光導，接著所有的光就會垂直射出光導的平面。以光子晶體來說，就是在光導中有一個光學能隙(optical bandgap)。

但不幸的是，在LED中，產生光子的量子井不能有洞，如果有洞這些洞會與流動的電子起相互作用，而不穿過量子井，結果製作LED的公司就不能使用傳統的光子晶體。Massachusetts Institute of Technology (MIT), Cree, Luminus Devices, Lumileds, Mesophotonics, Nanonex與許多大學的研發團隊發表了許多的論文論述如何將光子晶體應用在有實際應用價值的LED元件中。研究的趨勢是比較薄的LED可以在LED中製作出比較像是傳統結構的光子晶體，而且也比較可行。Luminus Devices Inc.是第一個賣光子晶體LED的公司，該公司主要瞄準投影機的市場。

目前是採用的時機嗎?

LED已經可以超越螢光燈的效能了，所以下一步的里程碑將是它的成本。以維護的成本比較高的應用來說，如交通號誌，LED已經可以弭平價格差距。但是LED燈具最大的價格差距是LED燈具所採用的散熱器。雖然LED使用比較少的能源，但是它必須比一般的燈源更需要保持涼快，所以需要大量的散熱器在LED的照明燈具中。

如過只需要加少點的成本做出光子晶體在LED上，就可以使用較少的能源卻提供比較高的光萃取效率或定義光的方向，哪就麼LED就可以變得普及。一片晶圓數百美元來計算，只要增加數十美元的蝕刻成本是可以接受的，而目前壓印技術也可以輕易達到。不過目前的問題在於LED的設計者是不是認為採用光子晶體的技術是改進LED的諸多方式中最有效的方法。

誰將獲利?

就LED光子晶體的專利而言，目前只有一些公司擁有，第一個答案是在未來的訴訟官司中與這些公司有關係的律師們。第二個答案則是這些技術的擁有者與被授權者，日亞化，洲磊，CREE，Lumileds這些將是以光子晶體為技術利基的高亮度LED產品市場的強棒。

其他的贏家則包含要製作出光子晶體的技術的上下游供應鏈廠商，這些技術包含蝕刻( lithography)與濕式乾式蝕刻( etch)。以今日的技術水準而言，蝕刻技術至少要到200 nm。技術的挑戰在於，晶片不是非常的乾淨且平坦，而且會在表面長成數個微米的節點，不利形成光子晶體。不平坦的表面直接原因是因為晶圓(如碳化矽或是藍寶石)，與高於900°C沉積在晶圓上的氮化鎵化合物半導體不均勻的熱膨脹係數所致。這兩層就像兩種不同的金屬條結合成馬鈴薯片一樣的結構，而且熱壓處理的製成，導致無法使用較大的晶圓。節點則是沉積過程的附帶產物，尤其當產物不是完美的在晶圓與化合物半導體產生晶格的時候。最後LED的接點大約只有50µm，它還常在不是非常乾淨的晶圓廠裏生產(這樣會導致良率下降)。

許多光子晶體的研究成果是使用電子束蝕刻與早先發展的手動壓印系統。這些可溶解的薄膜模來自Transfer Devices Inc，該公司發展一種使用原子轉移的蝕刻技術，有許多的研究機構採用，尤其是哪些採用手動壓印工具的機構。Obducat 從旭晶光得到第一臺自動生產系統的訂單，同時這也是目前LED晶圓製造商所下的最大訂單。

Obducat的解決方案使用一個熱壓印模，將圖樣印在一個中介的薄膜模(film mold)，再將這個模壓印在LED的晶圓上。使用薄膜模的優點是它可以密合在馬鈴薯片構型的晶圓與節點上，而且不怕薄膜有損害，因為它只用一次。還有這個薄膜可以可以把熱壓印頭與不潔的晶圓隔開。壓覆薄膜在LED上並不是一件困難的事，可伸縮的薄膜模更不是問題。Obducat已經成功將技術售出，並從晶電，Luminus Devices與Luxtalek得到訂單。

市場上仍有其他競爭者。Molecular Imprints Inc.正在客制化他的碟片壓印工具以為LED產品市場所用，並且發表了光子晶體的新聞。SUSS MicroTec則是發表了以他們新的彈性化鑄模技術(Substrate Conformal Imprint Lithography ,SCIL)所製出的光子晶體。同時 EV Group與SUSS在LED的光罩光學修正印表機有很高的佔有率。


國內篇

目前國內的LED業者大舉投入奈米壓印(imprint)這項技術以製作光子晶體LED的除了晶電以外，就是由李洲與州磊曜富所投資的旭晶光(LUXTALTEK)不過旭晶光的新聞並不多。就Google所及的資料，位各位作報導。

• 公司基本資料簡介
  
• LuxtalTek公司網站
  
• 104簡介
  

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在2008年8月25日的報導中說，納米壓印設備供應商Obducat AB日前宣佈獲得台灣旭晶光科技兩套壓印設備的訂單。此次訂單總價350萬美元，包括一套產能30 wph的Sindre 400 NIL設備及產能2 wph的Sindre 60設備。Obducat與Luxtaltek業務合作關係密切，雙方表示未來3-5年裡還將達成1250萬美元的交易。

不過到了2008年的年底，公司就準備開發太陽能電池。嗯，奈米壓印的技術與設備真是好用。

時序到了2009年，公司擴建無塵室完成，開始下一波的募資。不過從公司提交給創投的資料來看，經營績效似乎不佳，2009仍不會賺錢，不知道是不是客戶仍不採用他們家技術的關係。目前不清楚該公司的經營狀況如何，歡迎讀者提供新的訊息。