LED与LED产业发展趋势

　　第一章LED技术

　　LED（LightEmittingDiode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导 体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体， 在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”.当电流通过导线作用于 这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由 形成P-N结的材料决定的。

　　1.1LED的结构

　　50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于1960年。LED是英文lightemittingdiode（发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。LED结构图如下图所示

　　发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。在某些半导体材料 的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入， 故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED.当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极 时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。

　　1.2LED特点：LED的内在特征决定了它是最理想的光源去代替传统的光源，它有着广泛的用途。

　　（1）体积小

　　LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常的小，非常的轻。

　　（2）耗电量低

　　LED耗电非常低，一般来说LED的工作电压是2-3.6V.工作电流是0.02-0.03A.这就是说：它消耗的电不超过0.1W.

　　（3）使用寿命长

　　在恰当的电流和电压下，LED的使用寿命可达10万小时。

　　（4）高亮度、低热量

　　比HID或白炽灯更少的热辐射。

　　（5）环保

　　LED是由无毒的材料作成，不像荧光灯含水银会造成污染，同时LED也可以回收再利用。红光LED含有大量的As（砷），剧毒

　　（6）坚固耐用

　　LED是被完全的封装在环氧树脂里面，它比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有松动的部分，这些特点使得LED可以说是不易损坏的。

　　（7）可控性强

　　可以实现各种颜色的变化。

　　1.3LED的发光原理

　　发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它 具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区 注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光。

　　假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还 有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量 的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面数μm以内产生。

　　理论和实践证明，光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Eg有关，即λ≈1240/Eg（mm）

　　式中Eg的单位为电子伏特（eV）。若能产生可见光（波长在380nm紫光~780nm红光），半导体材料的Eg应在3.26~1.63eV之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。

　　1.4LED光源的特点

　　（1）电压：led使用低压电源，供电电压在6-24v之间，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。

　　（2）效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少80%

　　（3）适用性：很小，每个单元led小片是3-5mm的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境

　　（4）稳定性：10万小时，光衰为初始的50%

　　（5）响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，led灯的响应时间为纳秒级

　　（6）对环境污染：无有害金属汞

　　（7）颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光。如小电流时为红色的led,随着电流的增加，可以依次变为橙色，黄色，最后为绿色

　　（8）价格：led的价格比较昂贵，较之于白炽灯，几只led的价格就可以与一只白炽灯的价格相当，而通常每组信号灯需由上300~500只二极管构成

　　1.5LED分类

　　1、按发光管发光颜色分

　　按发光管发光颜色分，可分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等。另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。

　　根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。散射型发光二极管和达于做指示灯用。

　　2、按发光管出光面特征分

　　按发光管出光面特征分圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。圆形灯按直径分为φ2mm、φ4.4mm、φ5mm、 φ8mm、φ10mm及φ20mm等。国外通常把φ3mm的发光二极管记作T-1;把φ5mm的记作T-1（3/4）；把φ4.4mm的记作T-1（1 /4）。

　　由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。

　　从发光强度角分布图来分有三类：

　　（1）高指向性。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。半值角为5°~20°或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统。

　　（2）标准型。通常作指示灯用，其半值角为20°~45°。

　　（3）散射型。这是视角较大的指示灯，半值角为45°~90°或更大，散射剂的量较大。

　　3、按发光二极管的结构分

　　按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。

　　4、按发光强度和工作电流分

　　按发光强度和工作电流分有普通亮度的LED（发光强度100mcd）；把发光强度在10~100mcd间的叫高亮度发光二极管。一般LED的工作电流在十几mA至几十mA,而低电流LED的工作电流在2mA以下（亮度与普通发光管相同）。

　　除上述分类方法外，还有按芯片材料分类及按功能分类的方法。

　　第二章LED的应用及制作

　　2.1LED的应用

　　鉴于LED的自身优势，目前主要应用于以下几大方面：

　　（1）显示屏、交通讯号显示光源的应用LED灯具有抗震耐冲击、光响应速度快、省电和寿命长等特点，广泛应用于各种室内、户外显示屏，分为 全色、三色和单色显示屏，全国共有100多个单位在开发生产。交通信号灯主要用超高亮度红、绿、黄色LED,因为采用LED信号灯既节能，可靠性又高，所 以在全国范围内，交通信号灯正在逐步更新换代，而且推广速度快，市场需求量很大，是个很好的市场机会。

　　（2）汽车工业上的应用汽车用灯包含汽车内部的仪表板、音响指示灯、开关的背光源、阅读灯和外部的刹车灯、尾灯、侧灯以及头灯等。汽车用白 炽灯不耐震动撞击、易损坏、寿命短，需要经常更换。1987年，我国开始在汽车上安装高位刹车灯。由于LED响应速度快，可以及早提醒司机刹车，减少汽车 追尾事故，在发达国家，使用LED制造的中央后置高位刹车灯已成为汽车的标准件，美国HP公司在1996年推出的LED汽车尾灯模组可以随意组合成各种汽 车尾灯。此外，在汽车仪表板及其他各种照明部分的光源，都可用超高亮度发光灯来担当，所以均在逐步采用LED显示。我国汽车工业正处于大发展时期，是推广 超高亮度LED的极好时机。近几年内会形成年产10亿元的产值，5年内会形成每年30亿元的产值。

　　（3）LED背光源以高效侧发光的背光源最为引人注目，LED作为LCD背光源应用，具有寿命长、发光效率高、无干扰和性价比高等特点，已 广泛应用于电子手表、手机、BP机、电子计算器和刷卡机上，随着便携电子产品日趋小型化，LED背光源更具优势，因此背光源制作技术将向更薄型、低功耗和 均匀一致方面发展。LED是手机关键器件，一部普通手机或小灵通约需使用10只LED器件，而一部彩屏和带有照相功能的手机则需要使用约20只LED器 件。现阶段手机背光源用量非常大，一年要用35亿只LED芯片。目前我国手机生产量很大，而且大部分LED背光源还是进口的，对于国产LED产品来说，这 是个极好的市场机会。

　　（4）LED照明光源早期的产品发光效率低，光强一般只能达到几个到几十个mcd,适用在室内场合，在家电、仪器仪表、通讯设备、微机及玩 具等方面应用。目前直接目标是LED光源替代白炽灯和荧光灯，这种替代趋势已从局部应用领域开始发展。日本为节约能源，正在计划替代白炽灯的发光二极管项 目（称为“照亮日本”），头五年的预算为50亿日元，如果LED替代半数的白炽灯和荧光灯，每年可节约相当于60亿升原油的能源，相当于五个 1.35×106kW核电站的发电量，并可减少二氧化碳和其它温室气体的产生，改善人们生活居住的环境。我国也于2004年投资50亿大力发展节能环保的 半导体照明计划。

　　（5）其它应用例如一种受到儿童欢迎的闪光鞋，走路时内置的LED会闪烁发光，仅温州地区一年要用5亿只发光二极管；利用发光二极管作为电 动牙刷的电量指示灯，据国内正在投产的制造商介绍，该公司已有少量保健牙刷上市，预计批量生产时每年需要3亿只发光灯；正在流行的LED圣诞灯，由于造型 新颖、色彩丰富、不易碎破以及低压使用的安全性，近期在香港等东南亚地区销势强劲，受到人们普遍的欢迎，正在威胁和替代现有电泡的圣诞市场。

　　2.2LED制程

　　（1）上游：产品主要分为单芯片与磊芯片，单芯片系作为材料的基板。

　　（2）中游：主要产品为晶粒。依LED不同需求进行磊芯片扩散、金属蒸镀、再在磊芯片上光罩、蚀刻、热处理，制成晶粒电极，最后经过晶粒切割、测试、检验后完成。

　　（3）下游：晶粒封装。将晶粒黏于导线架，依产品应用的不同，将晶粒封装成不同的LED.

　　第三章LED产业概况

　　3.1全球LED产业发展

　　世界目前LED产业投资是很热的一个重点项目，全球各国对LED的研发生产都比较重视。日本已经实现1998-2002年耗费50亿日元推 行白光照明，整个计划的财政预算为60亿日元。美国2000年制定的“下一代照明计划”被列入了能源法案，计划从2000-2010年，投资5亿美元，用 LED取代55%的白炽灯和荧光灯，预计到2025年，固态照明光源的使用将使照明用电减少一半，每年节电额达350亿美元，形成一个每年产值超过500 亿美元的半导体照明产业市场。

　　美国能源部预测，到2010年前后，美国将有55%的白炽灯和荧光灯被半导体替代，每年可节电350亿美元。日本也提出2006年就要用半导体灯大规模替代传统白炽灯。有专家评价说，LED是继煤油灯、电灯之后人类的第三次革命。

　　虽然此前，国外很多的调查报告和分析数据都显示，2008年下半年欧美市场萎缩，订单减少，均使LED企业面临的不确定性大为增加。但仍有很多业内人士认为，即便在这样的前提下，半导体照明市场在2009年还是会有不错的发展。

　　2009年2月初，ABIResearch旗下研究分支机构NextGenResearch指出，全球固态照明 （SolidStateLighting,SSL）市场年产值可望在2013年突破330亿美元。根据NextGen的推估，LED市场当中的照明产品类 别在2009-2013年期间的平均复合年增率（CAGR）将逼近22%.

　　而StrategiesUnlimited预计，LED渗透到照明市场的趋势将会持续到2009年，与之前预测的35%的增长率相比，仍有17%的较低增长。从长远来看，照明应用领域的前景是乐观的。

　　以LED液晶背光市场为例：美国权威市场研究机构iSuppli日前发布的一项最新LED液晶背光调查报告称：LED液晶背光在2008年 下半年被越来越多的用作背光液晶电视领域的应用市场，将在2009年成为半导体产业中为数不多的亮点。iSuppli预计2009年LED液晶背光出货量 将在2008年5100万美元的基础上增长到1.63亿美元，并预测2012年大约14亿美元的液晶显示器将被用作液晶电视领域。

　　如果整个经济能够复苏的话，那么在2010年高亮度LED市场增长将开始恢复。从2008年到2013年，预计复合平均年增长率为19.3%,在2013年，高亮度LED市场将会达到124亿美元。

　　3.2中国LED产业概况

　　LED照经过30多年的发展，中国LED产业已初步形成了较为完整的产业链。中国LED产业在经历了买器件、买芯片、买外延片之路后，目前 已经实现了自主生产外延片和芯片。现阶段，从事该产业的人数达5万多人，研究机构20多家，企业4000多家，其中上游企业50余家，封装企业1000余 家，下游应用企业3000余家。特别是2003年中国半导体照明工作小组的成立标志着政府对于LED在照明领域的发展寄予厚望，LED作为光源进入通用照 明市场成为日后产业发展的核心。在“国家半导体照明工程”的推动下，形成了上海、大连、南昌、厦门和深圳等国家半导体照明工程产业化基地。长三角、珠三 角、闽三角以及北方地区则成为中国LED产业发展的聚集地。

　　LED照明“十五”期间国家发展LED产业的主要任务是通过建设半导体照明特色产业基地和示范工程，建立半导体照明技术标准体系和知识产权 联盟，尽快形成我国半导体照明新兴产业，国家科技部已把“国家半导体照明工程”列入“十一五”科技发展规划，作为一项重点工作来抓。同时，根据我国自身半 导体照明的发展现状，国家制定了符合自身发展的半导体照明产业发展计划和2006年技术发展路线图。在中国半导体照明产业发展计划中，规划到2008年达 到单灯光通量300lm,可渗透到白炽灯照明领域。

　　LED照明在LED上游外延片、芯片生产上，美国、日本、欧盟仍拥有巨大的技术优势，而中国台湾地区则已经成为全球重要的LED生产基地。 目前全球形成了以美国、亚洲、欧洲为主导的三足鼎立的产业格局，并呈现出以日、美、德为产业龙头，中国台湾、韩国紧随其后，中国大陆、马来西亚等国家和地 区积极跟进的梯队分布。虽然中国在LED外延片、芯片的生产技术上距离国际先进水平还有一定的差距，但是国内庞大的应用需求，给LED下游厂商带来巨大的 发展机会，国内生产的如显示屏、景观照明灯具等LED应用产品已经出口到美国、欧盟等国家和地区。

　　LED照目前国内外延、芯片主要研究机构有北大、清华、南昌大学、中科院半导体所、物理所、中电13所、华南师大、北京工大、深圳大学、山 东大学、南京大学等，在技术上主要解决硅衬底上生长GaN外延层、GaN基蓝光波长漂移、提高内量子效率和出光效率、提高抗光衰能力和功率芯片的散热水平 等等。

　　LED照国内LED外延、芯片的主要企业有：厦门三安、大连路美、、杭州士蓝明芯、上海蓝光、深圳方大、上海蓝宝、山东华光、江西联创、深圳世纪晶源、广州普光、扬州华夏集成等。

　　LED照国内主要封装企业有佛山国星光电、厦门华联电子、宁波爱米达、江西联创光电（10.14,-0.21,-2.03%）等；下游显示屏行业主要有上海三思、西安青松、北京利亚德。

　　3.3中国国内LED产业发展现状

　　我国LEI）产业起步于上世纪70年代，80年代形成产业，90年代已具规模。早期主要以封装为主，芯片主要来自美国、日本、台湾。90年 代初才开始有了中国的芯片生产厂家。目前在北京、长春、南昌、上海、山东、河北等地都有外延片、芯片批量生产厂家，南昌欣磊公司年产10亿粒芯片，河北汇 能公司年产外延片3万多平方英时，河北立德公司年产I亿粒芯片，山东华光电子、上海大晨公司年产芯片量都在数亿粒以上。现在LED生产企业，包括芯片生产 和后封装约100多家，从业人员12001）余人，2000年产量达800KK,产值47亿元，销售额近30亿。

　　LED照截至2006年12月，我国有十余家外延芯片厂商已经装备MOCVD,投入生产的总计数量为40台。按照各厂商的扩展计划，2007年预计有15台MOCVD陆续安装投入使用，使国内的GaNMOCVD设备增加到55台。

　　LED照2006年国内LED芯片市场分布如图所示。其中InGaN芯片市值约占据43%,四元InGaAlP芯片市值约占据整个国内 LED芯片的15%;其他种类LED芯片的市值约占据42%.从国内芯片产值上计算，2006年国内InGaN芯片产值4.5亿元，同期国内InGaN芯 片需求总产值25亿元；国内非InGaN芯片（普亮和四元）总产值6亿元，同期国内非InGaN芯片需求总产值17亿元，合计国内芯片市场总需求42亿 元。InGaN和高亮四元占国内芯片总量的58%,说明国内外延及芯片制造及应用市场发展到一定水平。

　　LED照目前，我国具有一定封装规模的企业约600家，各种大大小小封装企业已超过1000家，目前国内LED器件封装能力约600亿只/ 年，2006年国内高亮度LED封装产品的销售额约146亿元，比2005年的100亿元增长46%.从分布地区来看，主要集中在珠江三角洲、长江三角 洲、江西、福建、环渤海等地区。（2005年统计国内LED产业总产值133亿元，其中封装封装产品的销售额约100亿）。

　　LED照明在产能方面，随着国内相关企业生产规模的扩大及新的芯片公司的陆续进入，在国内需求市场的推动下，国内InGaN芯片产能已经由 2003年的65KK/月倍增至2005年的400KK/月，2006年进一步提升至600KK/月，国内自产供应率逐年提升。预计未来几年国内 InGaN芯片仍将保持30%左右的年复合增长率，至2010年国内将超过日本成为全球第二大GaN芯片生产基地，产能高达1650KK/月，实际上由于 LEDMOCVD设备投入后产能提高特别快，这些估计有些保守。

　　LED照明在产业技术发展方面，国内目前已研发1W的功率LED芯片可产业化，其发光效率为30lm~40lm/W,最高可达47.5lm /W,单个器件发射功率为150mW,最高可达189mW.南昌大学近年来开展在硅衬底上生长GaN外延材料研究，已研发的蓝光芯片发射功率达 7mW~8mW,最好为9mW~10mW,芯片成品率为80%,功率LED芯片在350mA下发射功率为100mW~150mW,最好可达150mW.在 500mA、1000小时通电试验下，蓝光的光衰小于5%.该成果取得突破性进展，通过“863”项目验收，并获得多项有自主产权的国际发明专利。该专利 打破了目前日本日亚公司垄断蓝宝石衬底和美国Cree公司垄断碳化硅衬底半导体照明技术的局面，形成蓝宝石、碳化硅、硅衬底制成蓝光的半导体照明技术方案 三足鼎立的局面，在产业化过程中不会受日亚和Cree蓝光专利的制约，且目前最成熟的白光合成方案是蓝光+YAG磷光粉的方式，即未来进入白光照明领域必 须先掌握蓝光芯片技术，南昌大学的硅衬底蓝光专利具有极为广阔的市场前景。2007年2月1日上午，预计总投资高达7000万美元的晶能光电（江西）有限 公司“硅衬底发光二极管材料及器件”产业化项目，正式在南昌高新技术产业开发区开建一期工程。该项目技术来源于南昌大学发光材料与器件教育部工程研究中 心，并得到了金沙江、Mayfield和AsiaVest三家国际创业投资基金的大力支持。整个产业化项目分三期建设，一期建设预计将于今年年底完成，形 成年产30亿粒硅衬底蓝、绿光LED芯片的生产能力；二期建设实现年产硅衬底蓝、绿光LED芯片140亿粒；三期建成上中下游产业链，实现LED产业集 群，实现年产值50亿元。

　　LED照大连路美通过收购美国AXT公司获得40多项芯片核心技术专利，并获得整个技术团队，因此芯片技术研发能力国内最强，目前路美国内 只有10台MOCVD,国内产能并不大，更多MOCVD设备在美国AXT;国内厦门三安规模最大，技术水平也处于前列，其它如士兰微 （11.17,-0.08,-0.71%）旗下的士兰明芯近年在技术上取得较大进展，这些企业前景比较明朗。

　　国内LED产品除了大量用于各种电器及装置、仪器仪表、设备的显示外，主要集中在：

　　LED照（1）大、中、小LED显示屏：室内外广告牌、体育场记分牌、信息显示屏等。

　　LED照明（2）交通信号灯：全国各大、中城市的市内交通信号灯、高速公路、铁路和机场信号灯。

　　LED照明（3）光色照明：室外景观照明和室内装饰照明。

　　LED照明（4）专用普通照明：便携式照明（手电筒、头灯）、低照度照明（廊灯、门牌灯、庭用灯）、阅读照明（飞机、火车、汽车的阅读灯）、显微镜灯、照相机闪光灯、台灯、路灯。

　　LED照明（5）安全照明：矿灯、防爆灯、应急灯、安全指标灯。

　　LED照（6）特种照明：军用照明灯（无红外辐射）、医用手术灯（无热辐射）、医用治疗灯、农作物和花卉专用照明灯。

　　3.4存在的问题

　　目前小功率LED照明只能用于低端照明领域，广泛使用的照明光源还是白光LED.我国LED产业已有一定的基础，但与国外先进水平相比有较大差距，包括材料、芯片、封装、设备及如何提高光视效能和产品合格率。

　　3.4.1显色指数（光谱质量）和光源稳定性问题

　　照明光源对显色指数和光源稳定性有非常严格的标准，LED在这点上目前仍有较大差距。灯光的颜色一致性也相当重要，目前LED器件要满足这个颜色一致性要求还有相当大的困难。

　　3.4.2光视效能问题

　　提高LED的光视效能最主要的方法是改进半导体发光材料与LED芯片的结构和制造工艺。

　　3.4.3大功率问题

　　作为普通照明，单个LED输出的光通量必须足够大。小功率LED组成的照明灯具为了达到光通量的需要，必须集中多个LED才能达到设计要 求，缺点是线路复杂，散热不畅，显色指数不一致，为平衡各个LED之间的电流电压关系必须设计复杂的供电电路。相比之下，单体大功率LED的功率远大于若 干个小功率LED的总和，允许工作电流较大，且供电线路相对简单，散热结构完善，显色指数一致，使用寿命更长，所以大功率LED器件必将代替小功率LED 器件。目前，世界半导体照明技术及产业化竞争焦点集中在蓝光、紫光、白光以及大功率高亮度芯片。但大功率芯片的生产设备国外也尚处于研制阶段，而且大的耗 散功率、大的发热量、高的出光效率给封装工艺、设备和材料提出了新的更高的要求。大功率LED的批量生产目前只有美国的LUMILEDS公司比较成熟，是 当前世界上最亮的产品。

　　3.4.4散热问题

　　若LED管芯结温度超过标准限定值，将导致不可恢复性光强衰减。大功率LED在工作中会产生大量热量，如果在封装方式上不能有效解决散热问 题，将会降低其性能并缩短使用寿命，因此有效解决散热和热应力问题至关重要。显然，设计较大输入功率的LED器件和灯具，除需用面积较大的芯片外，还必须 有良好的散热结构。

　　3.4.5光学系统设计问题

　　由于通常LED发出的光相对集中于一个较小的立体角范围内，一般灯具中的反射器就不再是必要的光学组件，而往往用透镜作为准直光学组件，然 后用枕形透镜、楔形棱镜等使光束重新扩散、偏折，产生满足各种照明灯标准要求的光分布。所以要求对LED照明灯的灯具进行独特的二次光学系统设计。

　　3.4.6参数离散性问题

　　由于LED照明需由多个LED管组成，其参数离散性也是一个技术问题。除了通过预选、分类，尽量保证一致性以外，还必须设计合理的灯具结构和研究合适的驱动电路，防止偶尔产生的能量集中而烧毁部分LED.

　　3.4.7电路保护问题

　　多个LED组成一只照明灯具时，需要对LED进行并、串联。如果有一只LED短路或开路，都将会导致整小片或整条LED熄灭，影响照明效果。为此，必须研究简单而廉价的保护电路，使这种不良影响降至最低限度。

　　3.4.8白光LED寿命问题

　　随着白光LED的制造和驱动技术的不断完善，其寿命将会越来越长。由于LED本身电特性的影响，微小到几毫安的电流波动也会对LED寿命产 生极大的影响。国内目前LED产品基本上都采用定电压的技术，因此LED上的电流波动很大，很容易损坏LED,而应用定电压和定电流相结合的技术可确保超 高亮度LED的寿命。

　　3.4.9发光材料与器件制造问题

　　目前国内外都在对直接发射白光的芯片做研究。现阶段半导体发光技术的瓶颈似乎都集中在芯片制造和器件封装上，但从长远来看，新材料的开发是 重中之重。现在国外中高档材料，其光电转换效率为30%,而我国只达到10%左右。ZnO是一种继GaN之后的新型宽禁带半导体材料，具有很高的室温发光 效率。ZnO材料的生产非常安全，可以采用没有任何毒性的水为氧源，用有机金属锌为锌源，成本低。因而，今后ZnO材料的生产是真正意义上的绿色产品，完 全符合环保要求。浙大研究开发的ZnO材料是我国唯一有知识产权的ZnO-LED高新技术产品。

　　3.4.10白光LED技术路线问题

　　目前实现高亮LED的方法主要集中在三种技术路线：一是利用三基色原理将红、绿、蓝三种超高亮度LED混合成白光；二是通过蓝光光子触发磷 光剂等荧光物质发射白光；三是用紫外光LED激发三基色荧光粉或其他荧光粉，产生多色光混合成白光。实践证明这三种技术均已实现产业化，其中后两种技术发 展较快。目前我国在大功率LED封装领域的产业化技术研究开发尚处于起步阶段，竞争力不强。而大功率LED用外延片和芯片还处于研发阶段，离产业化水平相 距甚远。我国相关科研和生产单位正在有针对性地加大高亮度LED芯片和大功率外延片的研发工作，提高大功率LED封装技术水平和产业化程度，大力开发和推 广LED应用，扩大产业化规模，逐步建立并完善LED产业链。

　　中国大陆目前LED产业发展的劣势在于：

　　（1）国内企业LED产品技术水平与海外还是有一定差距，在争取高端客户方面处于劣势；

　　（2）国内集成电路制造基础相较日本、韩国及台湾地区这些LED强势地区而言薄弱，LED外延、芯片制造能力、工艺水平及外围材料配套能力差一些，学习曲线长一些，需要一段时间培育；

　　（3）国内LED企业的规模还比较小，大多没有超过100kk/月产能（蓝绿光），这种状况在未来2年将有改善；

　　（4）国内研发多集中在大学和科研院所，生产在各企业，缺乏研发成果产业化的快速转换机制，这方面应借鉴台湾工业研究院的技术成果授权机制，加快技术成果转换速度，科研院所不能为自己产业化而不将最新的技术成果及时转移到产业界，政府应制定相关政策规范相关行为；

　　（5）国内核心专利缺乏，特别在关系到产业长远发展的蓝光核心专利及白光专利缺乏，这将使国内产业的长期发展受制。中国本土企业现阶段主要 还是处于起步阶段，企业规模较小，对掌握专利的大厂构不成威胁，专利问题还不是很突出。但是随着国内企业的发展壮大，一旦规模扩大到一定程度，实施“走出 去”发展战略，专利问题将成为隐患。目前对国内企业而言，壮大规模、提高产品质量与技术水平是首要任务，提高未来取得大厂专利授权时的要价能力，或逐步通 过研发突破核心专利。

　　第四章LED市场分析及未来发展趋势

　　4.1市场分析

　　高亮度LED市场状况

　　据统计，2006年LED市场收入比2005年同期增长了6%.2004年LED市场总销售量还不到200亿，2006年已超过了300 亿。2001~2004年LED市场以平均每年44%的增长率持续增长（见图4.1.1），这一期间对增长有影响的主要部分是移动设备市场，而且该市场在 2006年仍然占据了48%的份额。LED在手机中的应用于2004年达到了一个高峰，使得移动设备市场份额在当年高57%,但从那时该市场份额便开始下 降。用于手机的LED产品平均价格的降低是导致整个LED市场增长变慢的主要原因。如果除去手机这一部分（但仍然包括用于其它移动设备比如掌上电脑、 MP3播放器等的LED市场），2001~2006年期间整个LED市场表现出22%稳定的年增长率。

　　2006年高亮度LED在各个应用领域的市场分布情况，可以看出，该市场中汽车照明（15%）和指示与显示（14%）部分是除了移动设备之外最大的部分；照明只占据5%的市场份额，其收入为2亿多美元，但这部分有望在2011年增至10亿美元。

　　就LED的驱动设备而言，20mA电流驱动的“标准”高亮度LED仍然在市场上占有主导地位，然而2004~2006年间，以150~1000mA电流驱动的甚至更高功率（超过0.5W）的LED显示出每年48%的强劲增长率。

　　就颜色而言，基于InGaN的白光LED占据了48%的市场份额，InGaN的蓝光和绿光LED占28%,于AlGaInP的红光、光和黄 光LED占17%,RGB三原色LED占整个市场的7%.整个LED市场的发售量2004~2006年以每年29%的增长率增长的同时，所有LED总的平 均销售价格（ASP）却每年递减18%,跌至大约13美分（当然，高能量的LED以及其它一些类型的LED价格还是相当高的）。

　　（1）移动设备系统

　　2006年在手机的销售量增长了22%超过10亿的同时，用于手机的LED的平均销售价格大幅下跌。但随着LED闪光灯在手机中以及LED在其他便携设备中应用日益广泛。

　　除了手机市场，其他移动设备例如数码相机、MP3播 放器、掌上电脑以及便携式游戏机等也是LED重要的消费者，尤其是用于液晶显示器背光照明的白光LED.这部分移动设备在2006年达到2.6亿的销售 量，与手机的10亿销售量相比，这一市场的增长也同样重要。其中5~10英寸的液晶显示器从2006年开始使用白光LED作为背光源，比如在便携式DVD 播放器和交通导航系统中，由于成本远比性能重要，所用LED的性能与手机中的相同，并不需要其它高性能；在10~17英寸范围，笔记本电脑对其需求很大。

　　（2）指示与显示系统

　　在露天体育场、音乐会以及大型商场等现有的应用领域，大屏幕LED市场仍然增长显着，年增长率达到25~30%.而且大屏幕LED也出现在 广告显示牌这一新的领域，但其存在色彩变化和长期退化的问题，并且由于占用空间大而成本较高。LED已不是电子广告牌唯一的选择，与其竞争的还有全彩色电 子墨水，以及小屏幕的液晶显示器。

　　在大屏幕液晶显示屏的背光照明领域，LED仍是最主要的光源。不过也应该看到，虽然使用LED的好处已得到大家的公认，但相对色彩范围更宽 的冷阴极荧光灯（CCFL）而言，其色彩再现的优势不再明显，并且目前其成本是CCFL的2~3倍。但是，指示与显示领域仍是LED将来的重要市场。

　　（3）汽车照明系统

　　LED依然被广泛应用于汽车内部的仪表板照明，这部分市场欧洲已达饱和，日本也在迎头赶上，而美国仍在持续增长。2006年许多车型甚至一 些低价位的车型中都引进了LED环境照明和重点照明，例如土星Aura（SaturnAura）2007款和福特福克斯（FordFocus）2008款 （如图5（左）所示），还有的在车内引进了白色LED圆顶照明。从图6可看出，全球目前有43%的汽车装有基于LED的中央高位刹车灯（CHMSL），还 将有10%的汽车安装用于综合标明停车、转向、车尾指示的LED组合尾灯。2006年有超过一百万的大众Passat和本田Accord采用了LED灯。

　　奥迪率先引入了基于白光LED的白昼行驶灯（DRLS），而其它汽车制造商并没有很快跟进，而一旦有关车灯的规定于2009年在欧洲执行，将可能促进这一市场的增长。而且，雷克萨斯和奥迪今年都将推出采用LED作为汽车前灯的车型。

　　（4）照明系统

　　2006年的固体照明市场总值为2.05亿美元，是高亮度LED市场中增长最快的部分。固体照明市场若以每年38%的增长率增长，到2011年将有望达到10亿美元。其中建筑照明为最大部分，普通照明市场也在逐渐兴起。

　　无论专门的LED制造商还是大的照明设备公司都在致力于提高照明系统的的技术水平，由于加工费用以及LED本身造价高，其成本也很高。尽管 目前很多应用领域采用RGB三原色LED,但白光LED会更加普及，据分析2011年其市场将达60%.如果将固体照明市场再细分可以分为建筑照明、居住 用照明、零售展示用照明、娱乐用照明、安全用照明（应急灯、矿灯等）、室外照明、便携消费用照明和离网型（独立型）照明等。

　　LED照明发展的一个重要方向就是能为某些特殊场所创造独特、美观而舒适的照明环境。LED照明光源使用寿命长，但价格相对昂贵，而且如何提供简易的安装设施，设计出适应标准电子接口和调节的装置以及使之颜色更稳定、更高效的装置等等，这些问题需要解决。

　　4.2LED产业的未来---从应用要求出发，不断探索新材料、新工艺，实现产业细分

　　在现有技术基础上解决或部分解决某些应用需求根据亮饰、照明、显示三大主要领域的具体要求，运用现有的技术及产品，可以解决或部分解决一些 问题。比如，亮度偏低可选择超高亮LED或提高LED功率的办法加以解决，不过，提高功率需要兼顾亮度与寿命两方面，集束法也是可以使用的一个办法，当然 需要配套一定的散热措施。再比如生产装备落后问题，可以加大投入，采用先进设备，也可在国内已经开发的点胶、固晶、焊线等设备的基础上，进一步加以开发。 还有亮饰方面，可以结合实际进行LED外形、安装结构、色彩亮度变化等方面的二次开发。

　　从根本上探索解决深层次问题的办法，充分满足应用需求当然，LED产业内还有不少问题需要从根本加以解决。基色尚不十分丰富，理想的目标是 可见光波段实现全覆盖，最好能达到自然光的水平；显色性仍显不高，理想水平是黑体相同，即达到Ra=100;亮度需要有效地提高，包括发光效率的两个方面 （内量子效率和光输出效率）和功率的提高；另外还有体积、成本、专用集成电路、驱动器、“冷光”感等问题。归结起来是材料、结构和工艺三个大方面的技术需 要继续研究探讨。标准、规范是技术与市场结合的产物，是一个有别技术但依赖于技术的约定。通常在技术相对成熟、市场价格基本均衡之后，推出统一的标准和规 范是比较适当的，标准和规范推出过度滞后，不利于产品竞争和技术提高，过度超前同样不利于产品竞争和技术提高。技术和市场适合先发展后规范。

　　根据技术现状，LED产业需要进行领域细分、确定可预见的应用要求、实施超前研发策略和产业链跟进措施，以技术和产品引领LED的应用。LED显示屏的网络化、智能型控制就是一个例子。

　　我们认为LED产业在国内有良好的发展前景，基于以下几点：

　　（1）就技术而言，LED具有技术成长瓶颈高，学习门坎低特性，国内在半导体领域长期积累的研究资源都可以用得上，具备较好的研究基础。尽管国内集成电路制造基础比较薄弱，工艺水平比较低，但国内一些企业通过聘请海外技术人员加盟，在技术上不断取得突破，国内好的企业技术水平已经与台湾大厂的技术水平相差不大，与国际大厂的整体差距也在不断拉近；

　　（2）LED的投资额比较小，初始投资1亿就可建厂，国内企业进入门槛低，容易实现滚动发展，这与集成电路制造及液晶面板制造动辄几十亿到 上百亿人民币的投资而言显得“微不足道”,国内企业容易进入形成产业集群，当然，也可能造成恶性竞争，发展到一定阶段需要市场整合；

　　（3）国内市场巨大，LED未来主要市场是通用照明市场，市场容量大，终端消费市场比较分散，不易形成垄断，国内企业生存空间广阔；

　　（4）国内一些企业拥有核心知识产权，如晶能光电的硅衬底氮化镓蓝光项目，大连路美的芯片领域核心技术，都具有全球竞争力，这些企业在技术发展上容易形成示范效应，促进国内企业市场健康成长；

　　（5）技术成熟后，LED下游封装和器件生产属于劳动密集型，大陆具备发展的劳动力成本优势。

　　结论

　　纵观LED的发展，我们不难发现，LED产业的发展极大地缘于技术的进步，而技术进步的动力则是来自于应用的需求，亮度的提高、基色的丰 富、功率的增加等等无不如此。可以推想，未来的LED产业，一定会根据应用的要求，在亮度、功率、基色等技术方面进一步突破，使不同类型的LED更加广泛 地被使用，并且还会逐步地建立起各自相对独立的应用领域，从而步入LED细分时代，我们有理由相信，亮饰、照明、显示将会首先独立出来，形成LED应用的 专门领域。当然，从技术关联角度看，未来的LED产业会像一棵树，细分出来的专门领域，其源头仍会统一在芯片材料的生产上，不同领域的LED应用会得到不 同技术支持。