（电子科学与技术专业论文）大功率led散热封装的研究.pdf

a b s t r a c t h i g h - p o w e rl e d i sa ne l e c t r o l u m i n e s c e n ts e m i c o n d u c t o rd e v i c e s ，p o p u l a r l y a p p l i e di ns o l i d - s t a t el i g h t i n ga n dd i s p l a ya r e a s c o m p a r e dw i t ht r a d i t i o n a ll i g h t i n g s o u r c e ，l e dh a sm a n ya d v a n t a g e s ，s u c ha sg o o dt oe n v i r o n m e n t ，e n e r g y - s a v i n g ，l o n g l i f e t i m e ，f a s t e rr e s p o n s e ，l o wd r i v i n gv o l t a g e ，e a s yt ou s ea n ds oo n h o w e v e r , w i t h t h ep o w e ri n c r e a s i n g ，h e a td i s s i p a t i o nb e c o m eap a r t i c u l a r l yp r o b l e m a th o m ea n d a b r o a d ，i ne x p e r t s o p i n i o n ，h o wt o d e a lw i t hh e a tm a n a g m e n tf o rl e di sak e y t e c h n o l o g i e s m a n yp r o d u c t i o nc o m p a n i e sa n di n s t i t u th a v ea d o p td i f f e r e n tm e a s u r e s t os o l v et h i sp r o b l e m ，b u ta l lt h i sm e t h o d sh a si t sd i s a d v a n t a g e s ：h e a ts i n ks e r i e st o o m u c ha n dt h e r m a lr e s i s t a n c et o oh u g e i nt h i sp a p e r , u n d e rt h eg u i d a n c eo ft u t o r , w e g e ts o m ec o n c l u s i o n s ： 1 u n d e rt h ec o n d i t i o n s ：a l u m i n u ms i z eo f1 5 m mx1 5 m m ，a i rc o n v e c t i o n c o e f f i c i e n t ：1 0w ( m 2 k ) ，l e dc h i p ：l x h l b w o i ( 1 2 w ) a n s y ss i m u l a t i o n t e s tr e s u l t ss h o wt h a tt h et h et h e r m a lr e s i s t a n c eo fo n l y3 4 k ww h e nu s i n gw i t ht h e i n t e g r a t e dp a c k a g i n g ，m u c hl e s st h a n6 7k w ( p c bp a c k a g i n g ) a b l et om a i n t a i nt h e s m a l l e s tw o r k i n gs i l i c o na l u m i n u mr a d i a t o ra r e ao fa b o u tllm m llm mt h a ti s121 1 1 1 1 1 1 2 ，c h i p ，t h i st i m et h em a x i m u mt e m p e r a t u r e110 a st h ea r e ai n c r e a s e s ，w o r kt o r e d u c et h et e m p e r a t u r eo ft h ec h i p ，u s i n gt h es i z eo f15 m m x15 m ms i z ei sm o r e o p t i m i z e d 2 f r o mt h ep e r s p e c t i v eo fa ne n a b l i n gb u s i n e s s o r i e n t e d ，c o n s i d e r i n gt h el a t t i c e m a t c h i n g ，c o m b i n e dw i t hp o w e ra n dp r i c ea d v a n t a g e ，d e r i v e da sa n o d i co x i d a t i o no f a 1 2 0 3i n s u l a t i n gl a y e ri sm o r ea p p r o p r i a t e ，a n di t sr e l a t e dp a r a m e t e r sa r ea sf o l l o w s ： d e n s i t y3 7 5 9 c m 3 ：t h e r m a le x p a n s i o nc o e f f i c i e n to f7 1 1 0 6 - 1 ，t h e r m a l c o n d u c t i v i t y21w ( m k ) ，d i e l e c t r i cs t r e n g t h15 k v m m 3 f o rt h ee x p e r i m e n tw h i c ha p p e a r e da f t e rt h ei n s u l a t i n gl a y e ro fc o n d u c t i v e c o a t i n gp h e n o m e n o n ，p u tf o r w a r dt w ok i n d so fi d e a s i nt h e2 vv o l t a g e ，f r o mt h e e l e c t r o n i cf l u c t u a t i o n st a k ei n t oa c c o u n tq u a n t u me f f e c t s ，a 1 2 0 3i n s u l a t i n gl a y e ro ft h e d e n s el a y e rt h i c k n e s so f2 8 n mc a nm a k et h ee l e c t r o np e n e t r a t i o ni s1 0 0 m 4 a st h em u l t i l a y e rf i l ms y s t e mi si n v o l v e di nm i c r o s c a l ef i l m ，f r o mt h e p e r s p e c t i v eo ft h et h e o r yo fm i c r o - t h e r m a lc o n d u c t i v i t yo ft h em a t e r i a la m e n d m e n t s t o ，p o i n to u tt h a tt h et h i c k n e s so ft h ef i l mi sn o tt h et h i n n e rt h eb e t t e r , t h e r ei s a l l o p t i m u mv a l u e k e yw o r d s ：l e d ；t h e r m a lr e s i s t e n t ；m i c r o - s c a l e ；f i l m 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝姿态堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：兢缚签字日期：劫卜年咖。7 e t 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝婆盘鲎 有权保留并向国家有关部门或机 构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝姿盘堂 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者虢衫批 签字日期：动卜年。尸p7 日 导师签名： 纠游 签字日期：纠1 年弓夥日 致谢 三年的浙大生活短暂而充实，通过这段时间的学习和实践，我从一开始基本 什么都不懂，到现在能比较熟练的使用实验室的部分实验仪器，同时，也有了自 己独立做实验的经历，能独立分析、解决实验中遇到的部分问题，这些都为我以 后打下了基础。 在此，首先要感谢我的导师王德苗教授。整个毕业论文，从选题到实验到最 后的论文，王老师都给予了我悉心的指导。王老师开阔灵活的思维方式、深厚扎 实的专业知识、平易近人的长者风范、严谨务实的科研态度，都给我留下了深刻 的印象。 在这里我要特别感谢苏达师姐。从实验思路到镀膜机、干涉显微镜的使用， 还有最后论文的结构，苏达师姐都给了我很多的帮助，使我获益匪浅。苏达师姐 从样品的制备到理论数据的分析，都毫无保留的把她的经验传授给我。 我还要感谢任高潮、顾为民，金浩老师，在实验室中是洋溢着和谐的气氛， 这让我可以很容易的从实验室的各位成员那里得到帮助，顺利完成毕业论文 另外，我还要感谢实验室里一起学习的各位同门，他们在这期间给予我学 - - j 和生活上的关心和帮助，是我顺利完成毕业论文所必不可少的。 最后，还要感谢我的父母，无论在什么时候他们都在默默地支持着我，给我 以极大的动力。 王耀明 2 0 1 0 0 1 2 6 第一章文献综述 l e d ( l i g h te m i t t i n gd i o d e ，发光二极管) 是一种借助外加电压激发电子而发 射出光线的光电半导体组件，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，然后四周用透明环氧树脂密封。其核心部分是由p 型半导 体和n 型半导体组成的芯片，在p 型半导体和n 型半导体之间有一个过渡层，称 为p n 结在半导体中，处于激发态的电子向基态的电子跃迁时都会以光辐射 的形式释放能量。半导体电子系统中有多种激励方式，就实际运用而言，用p n 结注入额外载流子是最简单、最有效率的一种。正偏置p n 结注入额外电子和空 穴相复合即会发射光子。半导体的这种发光现象叫做注入式电致发光1 2 1l e d 发光就是基于上述原理。 和传统的照明器件相比，l e d 具有以下优点- ( 1 ) 环保节能。研究表明，l e d 较同等亮度的白炽灯耗电减少约8 0 ；另一 方面使用发光二极管替代荧光灯，可以避免荧光灯管破裂溢出汞的二次污染。 l e d 的灯具部件可回收再利用1 3 1l e d 灯泡的组装部件可以非常容易的拆装， 不用厂家回收都可以通过其它人回收。 ( 2 ) 使用寿命长。l e d 利用固态半导体芯片将电能转换成光能，外加环氧树 脂封装，可以承受高强度的机械冲击。其正常工作寿命可达1 0 万小时，相比较 荧光灯寿命只有2 5 0 0 3 5 0 0 小时，而钨丝灯泡的寿命只有1 0 0 0 小时4 1 ( 3 ) 驱动电压低l e d 使用低压电源，供电电压在6 - 2 4 v 之间 5 1 因而安全 系数高，特别适用于公共场所，而普通的照明电器都是2 2 0 v 电压。 ( 4 ) 响应快。l e d 开关响应时间为纳秒级，白炽灯的响应时间为毫秒级 ( 5 ) 体积小l e d 芯片尺寸一般是0 3 0 3 m m 2 1 l m m 2 ( 6 ) 使用方便。由于是固态元件，没有灯丝，相对萤光灯、白炽灯等能承受 更大震荡。发光体积细小，易于而以透镜等方式达致所需集散程度，藉改变其封 装外形，方向性从大角度的散射以至集中于细角度都可以达到哺1 1 ( 7 ) 色域丰富。能在不加滤光器下提供多种不同颜色，而且单色性强。白色 l e d 覆盖色域较其他白色光源广 2 0 世纪8 0 年代以宽带半导体材料( e g 23 e v ) 研究不断出现新进展，半导 体照明将引发自爱迪生发明电灯1 2 6 年啦来的最重要的照明光舞革命，基于l e d 技术的半导体照明，是近年来全球最具发展前景的高技术领域之一目前国际 上普遍认为光电子技术是2 l 世纪畸尖端科技而l e d 正是光电子产业中最重要 的光电子材科和组件，是整个光电子产业的基础科学界预测，2 0 1 0 年至2 0 1 5 年，光电子产业可能会取代传统电子产业，成为2 l 世纪最大的产业，并成为衡 量一个国家经济发晨和综台目力的重要标志”1 l il e d 发展历史 田1 1 典型的l e d 基本构造 1 9 0 7 年hj r o u n d 观察到在s i c 晶体适毗电流时可以发光1 9 1 9 2 0 年 b g u d d e n 和rp o h l 发现荧光萝电厂增强的g u d d e n - p o h l 效应”1 9 2 3 年 o w l o s s e w 在论文中提到s i c 的点接触发光1 1 1 ) 此时报道s i c 基的l e d 光电 转换效率只有o 0 0 5 ，o w l o $ $ g w 干1 9 4 0 年推断s i c 的发光是p 正结发光 1 2 1 此后j r h a y a e s 和h b b f i g g s 等科学家对g e 和s i 的p n 结发光机理进行了细致 的研究1 1 3 之后的几年主要是对g a p 发光二极管的研究1 9 世纪6 0 年代，s i c 基的l e d 光电效率有了比较大的提高，最好达到o0 3 ，峰值波长为4 7 0 n m 1 9 6 2 年j 1 p a n k v e 注意到g a a s 的p n 结发光 1 4 1 , 从这时起促进7 对一v 族化 合物半导体发光现象的研究同年，g e 、m o n s a n t o 、i b m 的联台实验室以及美 国i l l i n o i s 大学的h o l o n y a k 博- j ：都开发出发红光的g a a s p 发光二极营1 15 1 光效 远小于0i l m ，w ，但是从此可见光发光二极营步入商业化发展进程 1 9 6 5 年，垒球第一鼓商用发光二板蕾诞生，它是用锗材料制成的可发出红 外光的l e d ，当时的单价约为4 5 美元1 9 6 8 年，h i 和m o n s a n t o 公司推出了 g a a s p 材抖制作的商用化红色l e d ，这种l e d 发光峰值波长为6 5 0 r i m ，发光效 率大约为ol l m w ，不到一般的白炽灯( 1 5 1 m w ) 百分之一；其后利用氟掺杂工 艺使g a a s p 的l e d 器件发光效率有7 突越式的进展，迭到7l l m w ，并且能够 发出红光、橙光和黄色光；1 9 7 1 年，业界又推出7 具有相同效率的g a p 绿色芯 片l e d 圈121 9 6 5 年第一薮商用l e d 2 0 世纪7 0 年代中期采用寝相外延生长技术生长的g a n 基l e d 开始被用作 发光光葬，能发出红光和绿光前苏联科学家开发出7s i c 基的黄光l e d ，几 乎与此同时，h p 公司和t i 公司推出了7 段红光l e d 显示屏的计算器其后 c r a f o r d 等人研制的氢化物气相外延技术生长的g a p 基橙红色l e d 和黄色l e d 面世，不久也成为商品在1 9 8 5 年之前，l e d 性能通常小于2 1 m w ，应用不是 很广泛 2 0 世纪8 0 年代，l e d 取得重大突破，引入n 等电子陷阱开发的a i g a a s 基 红光l e d ，光效达到1 0 h n w ，l e d 开始运用于室外信息发布和汽车信号灯1 9 8 9 年a m a n o 等人首次得到p 型g a n ，制备出第一支p 结l e d m l 1 9 9 0 年，又开 发出a i g a i n p 红光l e d 。光艘也能达到1 0 i m w ，但是由于退化问题的突出，发 展新材料成为当时的迫切任务1 9 9 1 年美国h p 公司的c r m o r d 等人和日本东芝 公司研制成功a i g a l n p 基的l e d 1 9 9 1 年，日本n a k a m u r a 和a k a s a k i 等人率先研制出了掺m g 的同质结g a n 基蓝光l e d ，其峰值波长为4 3 0 a m ，光谱半整宽为5 5 n m ，光输出功率迭到7 0 u w 1 1 7 1 1 9 9 3 年n i c h i a 公司首先研制成l n g a n a i g a n 双异质结蓝光l e d t l g l1 9 9 4 年n a k a m u r a 在g a n 衬底上研制成功蓝光l e d ，为l e d 全色显示开辟7 道路， 也使白光l e d 成为可能l l g l o1 9 9 6 年日本n i c h i a 公司实现白光l e du 0 1 1 9 9 7 年日本n i c h i a 公司强时在美国、欧洲和台湾申请由光l e d 专利( 由g a n l e d 芯 片涂敷稀土y ag ：c e 黄色荧光粉组合) ，引起各国重视和发展此后，世界范 围内掀起7 研究g a n 的热潮，各国争相制定了相应的发展计划世界上散百家 公司和研究机构都投入巨资加入到g a n 基材料的研究和器件开发热朝中 田1 3n a k a m u r a 和他的实验圭 夸天，l e d 光源几乎完全疆盖了位于c i e 色度曲线内部的饱和颜色所以 到了上世纪9 0 年代束期l e d 技术发展主要集中在白色发光体上白光l e d 自 i 1 世阻来的几年时间内，发光效率有了很大的提高：1 9 9 8 年时只有5 1 m w ；1 9 9 9 年达到1 5 1 m w ，与白炽灯相当：到2 0 0 0 年n i c h a 公司的试验样品已经达到 2 5 1 m a y ，可相当于卤钨灯；2 0 0 3 年美国a g i l i e n t 公司实验室已经研制出光效为 1 0 0 1 m w 的有色光l e d 和4 0 1 m w - 5 0 1 m w 的白光l e d ，2 0 0 6 年日本目互公司推 出了h i g h h i g hf l u x 系列白光l e d ，发光效率可选1 5 0 1 m w 1 2 1 1 1 业内预剥到 2 0 1 0 - 2 0 1 5 年时，白光l e d 光效可达到2 0 0 1 m w 进入2 l 世纪，l id 被誉为“2 1 世纪新光养”，是继白螺灯，荧光灯和高强 度气体放电灯之后的“第四代光辑”随着半导体材科技术，封装技术的不薪发 展创新l e d 正在逐步迈向照明领域 1 2 l e d 应用 l e d 是一种可将电能转换成光能的半导体发光器件，属于固态光源l e d 在2 0 世纪6 0 年代初闸世的时候，主要是以红色为主光通量很小，只能作为指 示灯和仪表显示器使用随着芯片材料、结构和封装技术的不断进步，l e d 颜 色品种增多，光效的幅度提高。目前l e d 的光效已经超过1 0 0 1 m w ，绿光的也 达到5 0 1 m w ，单只l e d 的光通量可以达到几十l m 尤其是近年来高光效、高 亮度白光l e d 的开发成功，极大地拓展了l e d 的应用领域，如今l e d 在娱乐、 城市建设、景观照明等方面都有非常广泛的应用，并朝日常照明应用的方向发展。 1 2 1 照明灯饰 作为照明光源的l e d 光源应是白光，目前作为军用的白光l e d 照明灯具，已 有一些品种投入批量生产。由于l e d 光源无红外辐射，便于隐蔽，再加上它还具 有耐振动、适合于蓄电池供电、结构固体化及携带方便等优点，将在特殊照明光 源方面会有较大发展作为民间使用的草坪灯、埋地灯已有规模生产，也有用作 显微镜视场照明、手电、外科医生的头灯、博物馆或画展的照明以及阅读台灯随 着光通量的提高和价格的下降，应用面将逐步拓展，以完成特殊照明向通用照明 的过渡，估计2 0 1 0 后年会进入通用照明领域。由于发光二极管亮度的提高和价格 的下降，再加上长寿命、节电，驱动和控制较霓虹灯简易，不仅能闪烁，还能变 色，所以用超高亮度l e d 做成的单色、多色乃至变色的发光柱配以其他形状的各 色发光单元，装饰高大建筑物、桥梁、街道及广场等景观工程效果很好，呈现一 派色彩缤纷、星光闪烁及流光异彩的景象已有不少单位生产l e d 光柱达万米以 上，彩灯几万个，目前正逐步推广，估计会逐步扩大单独形成一种产业 自从进入新世纪以来，我国城市的夜景亮化工程迅速发展，很多城市都在实 施“亮化工程”，并且在城市亮化中推广绿色照明。南昌市是我国国家半导体照 明工程产业化基地之一，自2 0 0 1 年以来，南昌市在景观照明中多次采用l e d 1 2 2 1 成都火车南站的立交桥也安装了3 万多盏l e d 灯，为蓉城夜景添光增辉2 0 0 3 年 上海东方明珠电视塔5 7 6 处发光点全部被换成l e d ，灯光功率仅为2 8 8 k w ，比原 来使用的光纤端发光体的耗电降低了1 0 0 k w 以上1 2 3 12 0 0 5 年，北京市广外大街 3 k m 长的道路两侧就使用了三四百万只l e d 作为景观灯饰我国政府非常重视节 能和环保问题，将2 0 0 8 年北京奥运会的主题定为“科技奥运、绿色奥运、人文奥 运”科技部提出，要i ) , 2 0 0 8 年北京奥运会和2 0 1 0 年上海世博会为契机，大力推 进l e d 在城市景观照明中的应用 我国对白光l e d 有巨大的潜在需求我国是仅次于美国的第二大发电大国， 2 0 0 8 年裁圆照明用电达到3 0 0 0 亿千瓦，约占发电总量的1 2 2 0 1 0 年，我国照明 用电估计为3 5 0 0 亿千瓦，专家预测，我酉在2 0 1 0 * 2 0 1 5 年，l e d 照明可以累计节 电4 0 0 0 亿千瓦，2 0 1 5 年l e d 照明节电量将超过三块电站全年的发电量我国在 2 0 0 6 年2 月9 日公布的国家中长期科学和技术发展规划纲要* 中把“高技节能、 长寿命的半导体照明产品”列入第一优先主题，将在全国大力推广据预测，到 2 0 2 0 年l e d 照明市场规模将达到1 5 5 0 亿美元 雷14 北京鸟巢i e d 照明效果 1 2 2 汽车用灯 2 0 世纪9 0 年代随着超高壳l e d 的出现，汽车内部的照明进入了l e d 的时 代。目前除7 汽车前照明灯之外，汽车的荆车灯，尾灯和方向灯，也可用于仪 采照明和车内照明基本上都采用了l e d 和白炽灯相比，l e d 灯在耐震动、省 电及长寿命方面比有明显的优势用作剥车灯，它的响应时问不到l m s 比白炽 灯的2 0 0 m s 要短许多，在典型的高速公路上行驶，会增加4 - 6 m 的安全距离， 从而能使汽车追尾事故发生率减少5 0 l e d 这种斯光源对于汽车前照灯的形 状和排列提供了非常大的设计灵活性，而且l e d 灯具由于有多个l e d 照明光源， 可以扩大照明区域，还存在的问起主要是散热问题和壳度输出 1 9 8 6 年，n i s s a n 公司3 0 0 z x 型汽车的c h m s l 高位刹车灯) 运用了5 哥 由5 m m 的l e d ，标志着l e d 首次进入汽车领域的应用我国第一个l e d 车灯 是s a n l a n a 2 0 0 0 型轿车的c h m s l ，井于2 0 0 0 年通过上海大众汽车公司是的认证 后投产2 0 0 4 年北京车展上，法国雷奥公司展示7 使用4 个l e d 的c h m s l ， 并且用一个l e d 组件实现尾部信号灯的_ 奎部功能2 0 0 7 年l e x u s 公司也推出了 一就2 0 0 8l s6 0 0 h l 混台动力豪华驱车，其翦照灯采用l e d 设计日奉丰田公 司也于2 0 0 7 年在凌志6 0 0 h 车型上安装l e d 前照明灯 h 。1 r 圉1 52 0 0 9 年垒球l e d 市场份瓤比倒示意 图15 是2 0 0 9 年全球l e d 市场份额比例示意。可以看出汽车用灯l e d 是一个 非常广阔的市场对我国的l e d 产业来说也是一个机遇，2 0 0 7 年我国汽车销售量 突破8 0 0 再 辆，按照目前的l e d 水平，一艘一辆车需要3 0 0 多只l e d ，照这样估算， 未来几年我国车灯会形成超过1 0 亿元的年产值 表ll 车用白蚬玎与u 灯具的耗电比鞍“1 1 2 3l e d 显示设备 2 0 世纪8 0 年代中期，就有单色和多色显示屏问世，起初是文字屏或动画屏。 9 0 年代初，电子计算机技术和集成电路技术的发展，使得l e d 显示屏的视频技术 得以实现，电视图像直接上屏。在1 9 9 3 年日亚化学将高亮度蓝色l e d 产品化之前， 广告用的显示领域一直是深红色以及黄绿色l e d 从1 9 9 4 年底开始换成全彩色型。 当时的色斑、色忠实度、视角画质等都不如发光管( c r t 或者f d t ) ，但是1 9 9 5 年推出了高亮度、纯绿色的l e d ，因其高发光效率，推进了视角的扩大及改善， l e d 发光得以大力推广 目前l e d 显示屏在体育场馆、广场、会场甚至街道、商场都已广泛应用，美 国时代广场上的纳斯达克全彩屏最为闻名，该屏面积为1 2 0 英尺9 0 英尺，相当 于1 0 0 5 m ，由1 9 0 0 万只超高亮蓝、绿、红色l e d 制成。此外，在证券行情屏、 银行汇率屏、利率屏等方面应用也占较大比例，近期在高速公路、高架道路的信 息屏方面也有较大的发展发光二极管在这一领域的应用已成规模，形成新兴产 业，且可期望有较稳定的增长。 表1 2 日本国内大型显示设备装置生产额 l e d 作为液晶显示的背光源，它不仅可作为绿色、红色、蓝色、白色，还可 以作为变色背光源，已有许多产品进入生产及应用阶段最近，手机上液晶显示 屏用l e d 制作背光裸，提升7 产品的档次，效果很好采用8 个蓝色、2 4 个绿色、 3 2 个红色l t t x e o n l e d 制成的1 5 i n o m 一25 c m ) 液晶屏的背光源，可达到1 2 0 w ， 2 5 0 0 i r a ，壳度1 8 0 0 0 n i b ( 尼特，e d m 1 2 2 时藏品屏背光舞也已制成，仅为6 m m 厚，不但混色效果好，显色指效也达到8 0 以上目前大型背光舜虽处于开发阶段， 但潜力很大。 根据d i s p l a ys e a r c h 2 0 0 9 年第一季度的数据，在瘴晶显示器市场，预计2 0 1 2 年 l e d 背光裸的渗透率将达到3 7 3 ；在笔记本电脑市场，2 0 1 0 年l e d 背光源占比 将达到7 0 ，l e d 背光液晶显示器市场份额将突破2 0 。 凭借低功耗、纤薄外形、较轻的重量和环保等优点，l e d 将在未来几年占领 笔记本p c 显示器背光市场i s u p p l i 公司预蒯，到2 0 1 2 年，每l o 台大尺寸移动 p c l c d 面板中，将有九台使用l e d 背光i s u p p l i 公司估计，2 0 1 2 年将有9 0 * ；的大 尺寸l c d 笔记本p c 面板采用l e d 背光，而2 0 0 7 年第西季度该比例只有4 粥截 止到夸年年底，采用l e d 背光的大尺寸l c d 笔记本p c 面板出货量将是2 0 0 7 年的6 倍毗上，) , k 2 8 0 2 r , 片增长到1 7 4 0 万片同时业界对l e d 寝晶电视的热情也普遍高 涨继夏普l e d 产品抢在国庆前亮相之后，东芝电视也宣布“r e g z a 电视”三个 系列共9 最产品同步上市，其中的两教分别为5 5 英寸和4 6 英寸l e d 背光源电视 填补了东芝此前缺席l e d 阵营的尴尬，格外引人注目喵 1 3 l e d 产业状况 目16 夏昔l e d 矗昌电视 l e d 经过几十年的发展，从目前的技术发展状况看，日本和美国最具有技 术实力，德国o s r a m 公司在某些领域拥有世界领先技术科技市调机构i s u p p l i l 4 日发表研究报告指出，预期2 0 0 9 年全球l e d 销售额可望年增1 0 9 至7 4 亿美 元，并于2 0 1 3 年进一步攀升至1 4 3 亿美元 2 6 1 0 从全球的l e d 市场份额来看， 日本、中国台湾地区、美国和欧盟占有9 0 以上的份额，其中日本占有5 0 以 上的份额，排在第二位的是中国台湾地区，大约占有2 0 的市场份额。 表1 3 全球主要l e d 企业分布 主要l e d 生长国 及地区 中国台湾地区 日本 韩国 欧洲 主要企业在产业链上的分布 上游中游下游 国联、晶电、璨圆、元坤光宝、亿光、华兴、 全新、信越、联亚光磊、鼎元、汉光光鼎、恒嘉 n i c h i a t o y o d ag o s e is t a n l e y 、t o s h i b a ，s h a r p s e o u ls e m i c o n d u c t o r 、s e m 、l g o s r a m 、p h i l i p s 美国 c r e e 、h p g e 、a g i l e n t 注：1 上游指l e d 衬底材料和外延片生产制造 2 中游指l e d 芯片制备 3 下游指l e d 封装及产品应用 1 3 1 欧美 ( 1 ) 美国 1 9 9 9 年美国光电子工业发展协会( o i d a ) 论坛上提出了一篇论文，这篇论 文对l e d 照明和白炽灯及荧光灯照明进行了一个详细的比较，并且拟定了一项计 划：该计划到2 0 2 0 年为止将使世界上1 0 的传统照明被取代( 2 0 0 0 年世界照明用 电产值大约为2 0 0 0 亿美元) ；市场取代率将从2 0 0 5 年的0 5 上升到2 0 2 0 年的9 。 在此影响下，美国政府于2 0 0 0 年启动“国家半导体照明研究计划”。该计划由能 源部资助，国防先进研究计划总署和光电工业发展协会联合执行，共有1 2 个国家 重点实验室、公司和大学参与其中。2 0 0 5 年8 月美国布什政府又批准新的能源政 策法案，从2 0 0 7 年到2 0 1 3 年财政每年支持5 0 0 0 万美元用于半导体照明计划的技术 研发，并计划2 0 1 0 年进入日光灯市场 表1 4 美国国家半导体照明研究计划技术指标 美国l e d 产业引领了全球半导体照明产业的发展方向与趋势，尤其是在外 延和芯片领域优势非常突出。代表企业主要为c r e e ( 科锐) 、h p ( 惠普) 、g e 。 c r e e 公司是市场上领先的革新者与半导体的制造商，他的市场优势关键来源s i c 基i 族氮化物外延、l e d 芯片级封装技术，这项技术使得l e d 器件可在很小的 空间里发挥更大的功率，同时对比其他现有技术，材料及产品放热更少c r e e 公司的顾客有从创新照明灯具制造商到与国防有关的联邦机构。科锐的产品系列 包括蓝的和绿的l e d 芯片、照明l e d 、背光发光二极管；为功率开关器件和无 线电频率设备和无线电设备的指示l e d 。另外，c r e e 与三菱化学株式会社签订 了专利许可协议，给予其独家授权生产和销售的独立的g a n 衬底。c r e e 则收取 该协议中规定的出售g a n 衬底的保障和特许权使用费。与b r i d g e l u x 公司就专 利侵权诉讼达成协议。按照之后达成的另一个供应协议，c r e e 公司将成为 b r i d g e l u x 公司的一个重要供应商。g e 公司则专注于l e d 产品的运用，2 0 0 8 年 该公司已经占领美国8 0 信号灯市场。 ( 2 ) 欧洲 2 0 0 0 年7 月，欧盟实施彩虹计划( r a i n b o wp r o j e c tb r i n g sc o l o rt ol e d s ) ，设 立执行研究总署( e c c r ) ，通过欧盟的b r i t e e u r a m 3p r o g r a m 支持推广白光 l e d 的应用委托6 个大公司( l s t m 、c r h e a c n r s ，e p i c h e m 、a i x t r o n 、 t h o m s o n c s f 、p h i l i p s ) 和2 个大学( s u r r e y 、a v e i r o ) 执行。彩虹计划结束于2 0 0 3 年7 月，主要集中在适合使用g a n l e d 的感光材料。彩虹计划的主要内容是发展 氮化镓基设备和相关的制造业基础设施，历时4 2 个月的彩虹计划主要推动两个重 要的市场增长：一是高亮度户外照明，如交通信号灯，大型户外显示牌，汽车灯 等；二是高密度光碟存储，如用于多媒体环境。最终的目标是l e d 产品和激光二 极管，彩虹计划框架下的主要技术目标是实现光电设备的示范，包括l e d 在 4 0 0 - - 5 9 0 n m 范围发光原型和激光二级管在4 0 0 n m 波长时的工作。 2 0 0 4 年7 月1 2 日，欧盟启动了“固态照明研究项目”，目标是提高白光l e d 的 性能，探索用低成本的硅代替蓝光l e d 使用的s i c 或者蓝宝石衬底。同年，德国 o s r a m 和a i x t r o n ( 艾思强) 、英国 c d t ( c a m b r i d g ed i s p l a yt e c h n o l o g y ) 、荷 兰p h i l i p s i 汉及法国s a g e m 五家欧洲知名光电公司发起成立了“欧洲光电产业 联盟( e u r o p ep h o t o n i c sc o n s o r t i u m ，e p i c ) ”2 0 0 9 年9 月，欧盟开始禁止传统灯 泡的销售，逐步淘汰具有1 0 0 # 年历史的老式灯泡，取而代之的则是新型的l e d 节能灯泡，预测将会节省大约8 0 的照明用电 欧洲的l e d 产商比较集中，主要代表是德国的o s r 锄和荷兰的p h i l i p s 公司 o s r a m ( 欧司朗) 是世界上两大光源制造商之一，总部设在德国慕尼黑，研 发和制造基地在马来西亚，是西门子全资子公司。o s r a m 公司在l e d 的技术领域 上主要有一下几个优势：( 1 ) s i c 衬底的“f a c e t i n g ”；( 2 ) 在白光l e d 用荧光材料 方面具有领先优势；( 3 ) 正装功率型封装技术及车用灯具技术。欧司朗的客户遍 布全球近1 5 0 个国家和地区。o s r a m 的照明产品多达5 0 0 0 多个品种，能够充分满 足人们在工作、生活及特殊领域的多方面需求。其产品系列包括：荧光灯、紧凑 型荧光灯、高强度气体放电灯、卤素灯、汽车灯、摩托车灯、特种光源、电子镇 逝姿态堂亟圭堂焦论塞塞越绫姿 流器和发光二极管等。2 0 0 7 财政年度( 截至2 0 0 7 年9 月3 0 日) ，o s r a m 全球销售业绩 高达4 7 亿欧元。2 0 0 8 年实现4 6 2 4 亿欧元，较2 0 0 7 年下降1 其中普通照明占总 收入5 1 ，汽车照明1 6 ，显示照明4 ，其它半导体及光学设备2 9 。在技术方 面，公司将5 8 的收入再投入研发，其中欧司朗光电半导体研发再投入比例则高 达1 5 1 。公司已将相应的技术及产品在非洲、印度等国家和地区大力推广其 r 司o s r a m 和c r e c 一样加大了对亚太市场的依赖。2 0 0 8 年，欧美市场o s r a m 提供 了7 7 的销售收入，亚太地区为1 8 。 p h i l i p s ( 飞利浦) 确立在l e d 芯片领域的领导地位主要得益于对l u m i l e d s 的 收购，l u m i l e d s 眭安捷伦和飞利浦合资组建于1 9 9 9 年，2 0 0 5 年p h i l i p s 完全收购了 该公司。p h i l i p sl u m i l e d s 公司是世界领先的大功率l e d 照明解决方案供应商。该 公司的技术优势主要体现在独特热沉设计和s i s u b m o u n t f l i p c h i p ”封装技术飞 利浦在2 0 0 8 年销售增长了1 7 ，主要是支持收购g e n l y t e 及c o l o rk i n e t i c s 公司。调 整后的投资组合变化的1 8 和不利的汇率影响的4 ，销售额比2 0 0 7 年增长了3 。 这一增长主要得益于继续在节能照明解决方案领域的销售增长。公司多样化的产 品领域使其能够在2 0 0 8 年下半年日益恶化的经济形势下，在汽车、消费品和建筑 等行业需求大幅下滑的情形下保持相当的盈利水平。绿色产品的销售较2 0 0 7 年增 长了1 2 ，达到2 9 7 亿欧元。这种增长主要来自包括固态照明应用的销售增加， 以及产品创新设计和基于应用解决方案的强劲增长，其中2 0 0 8 年公司在s s l 领域 收入增加了6 ，达n 4 7 亿欧元。 1 3 2 东亚国家 ( 1 ) 日本 日本l e d 产业起步的比较早，2 0 世纪6 0 年代开始从美国进口l e d 芯片， 制做成主要应用在袖珍型电子计算器上的指示灯，7 0 年代n i c h i a ( 日亚) 、 p a n a s o n i c ( 松下) 、t o s h i b a ( 东芝) 等巨头公司开始从事l e d 器件的研究开发。日 本作为岛国，能源自给率低，为了降低能源消耗量及对外依存度，政府对具有节 能环保的l e d 产品开发相当支持。1 9 9 8 年提出了“2 l 世纪光计划”：由日本经 贸产业部为新能源和工业技术发展组织提供资助，具体由新能源和工业技术发展 组织和日本金属研究开发中心共同实施，研发工作由4 所大学、1 3 家企业和1 个协会( 日本电灯制造协会) 合作完成1 9 9 8 2 0 0 2 年，投入5 0 亿日元用于开发白 光半导体l e d 照明光源，目标是2 0 0 5 年生产出第一代普通照明l e d 光源代替 白炽灯和荧光灯，并计划5 年内开发新型半导体材料、衬底、荧光粉和照明灯具 等。目前已经完成第一期目标，正在组织实施第二期计划。 经过多年的经营，日本成为l e d 领域当之无愧的“超级大国”日本在l e d 衬底材料、g a n 基外延层、芯片结构与制造、白光l e d 用荧光粉及应用技术领 域拥有的专利数量均排在世界第一，并且在绝大多数技术领域的专利申请量占世 界的7 0 左右，日本一直垄断着蓝光和绿光l e d 市场，在白光l e d 技术方面具 有领先优势。 日本l e d 厂商分布较多，尤其以综合实力全球领先的n i e h i a ( 日亚) 、t o y o d a g o s e i ( 丰田合成) 两家厂商为龙头；其他如c i t i z e n ( 西铁城) 、r o h m ( 罗姆) 、 s t a n l e ye l e c t r i c ( 斯坦雷电气) 、s h a r p ( 夏普) 、p a n a s o n i c ( 松下) 、t o s h i b a ( 东 芝) 、n e c 、h i t a c h i ( 日立) 、k o d e n s h im a t s u s h i t a 、o k ie l e c t r i c 、s a n k e n 等一批 具有国际知名度的l e d 封装器件大厂；在l e d 衬底材料方面，主要有昭和电工 ( i n p 及g a p 衬底) 、信越半导体( s i 衬底) 及三菱化学等公司生产 ( 2 ) 韩国 韩国l e d 产业自1 9 9 3 年起开始投入大量研发资源，主要以s e m ( 三星电机) 与l g i n n o t e k 两大领导企业，以及韩国国家光电所( k o p t i ) 等三大主要机构，支 撑起韩国l e d 产业脊梁。2 0 0 0 年韩国制定了“氮化镓半导体开发计划”，成立光 产业振兴会( k a p i d ) ，负责计划的组织与实施2 0 0 0 2 0 0 8 年政府计划投入4 7 2 亿美元，企业投入7 3 6 亿美元。政府投入的6 0 用于研发，2 0 用于建基地， 1 0 用于人才培养，1 0 用于国际合作，目标是成为亚洲最大的光电子生产国 之后政府又通过了“固态照明计划