LED技术及产业发展趋势

1、 LED产业技术及产业发展趋势1. 照明技术发展简介白炽灯、荧光灯灯以及高高强放电电灯（HIDD）三种光光源，顺顺次主导导了200世纪的的照明市市场。18779年，Thoomass Eddisoon发明明了第一一盏白炽炽灯，功功率600瓦（W），工作作时间1100小小时，转转换效率率接近11.4流流明/瓦（lm/W），而现在在60W的白炽炽灯，工工作效率率已提高高到155lm/W，平均工工作时间间10000小时时。19901年，美国发发明家PPeteer CCoopper Hewwittt发明了了低压水水银气体体放电灯灯，在此原原型基础础上，19339年GE公司司成功开开发了现现代荧光光灯。目

2、目前，荧荧光灯的的工作效效率依据据种类及及功率不不同介于于651000lm/W之间间流明（Lumen），符号为lm，是光通量的SI单位，光通量是描述单位时间内光源辐射产生视觉响应强弱的能力（人眼感知的光能的量度），定义为发光强度为1坎德拉（cd）的点光源，在单位立体角（1球面度）内发出的光通量为1流明。或者说，一个各向同性的1坎德拉光源发射的总光通量为4流明。1 lm = 1 cd sr = 1 cd m2 m-2。发光通量与 HYPERLINK /wiki/%E8%BE%90%E5%B0%84%E9%80%9A%E9%87%8F o 辐射通量 辐射通量不同，辐射通量是发光总能量的量度，而发光

3、通量则对人 HYPERLINK /wiki/%E7%9C%BC%E7%9D%9B o 眼睛 眼对不同 HYPERLINK /wiki/%E6%B3%A2%E9%95%BF o 波长 波长光的敏感程度不同做了相对调整。与力学的单位比较，光通量相当于压力，而发光强度相当于压强。要想被照射点看起来更亮，我们不仅要提高光通量，而且要增大会聚的手段，实际上就是减少面积，这样才能得到更大的强度。人眼对不同颜色的光的感觉是不同的，此感觉决定了光通量与光功率的换算关系。对于人眼最敏感的555nm的黄绿光，1W = 683 lm，即1W的功率全部转换成波长为555nm的光，为683流明。这个是最大的光转换效率，

4、也是定标值，因为人眼对555nm的光最敏感。由于人眼对红光不敏感，对于650nm的红光，1W的光仅相当于73流明。对于白色光，要视情况定，因为很多不同的光谱结构的光都是白色的。例如LED的白光、电视上的白光以及日光就差别很大，光谱不同。电光源的发光效率是指1W的电功率能转化成多少光通量。如果全部转换成555nm的光，那就是每瓦683流明。如果有一半转换成555nm的光，另一半变成热量损失了，那效率就是每瓦341.5流明。白炽灯能达到1W=20 lm就很不错了，其余的都成为热量或红外线了。18100年，英国化化学家HHumpphryy Daavy向向皇家学学会展示示两根通通电木炭炭间的小小小电弧

5、弧，高强放放电灯就就是基于于该现象象提出的。19664年第第一盏金金属卤素素灯在世世界展览览会上展展出，随随即高压压钠灯在在19665年出现。现在同同样依据据种类以以及功率率不同，高强放放电灯的的效率介介于4551550lmm/W之之间。19500年英国科科学家发发现砷化化镓（GGaAss）半导导体材料料有电致致发光现现象，可可发出红红外光，这导致致了发光光二极管管（LEED）的问世 LED 是light emitting diodes的缩写，中文翻译为发光二极管。发光二极管是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能。与普通二极管一样，发光二极管也是由一个PN结组成，具有单向导电性。当给发光二

6、极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同，当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。19662年通通用电气气先进半半导体实实验室发发明了第第一个可可实际应应用的可可见光谱谱的LEED。经经过一系系列的技技术改进进，在六六十年代代晚期，红光GaaAsPP LEED商业业化生产产，七十十年代中中期，GGaP型型绿光LL

7、ED开开始生产产，而九九十年代代，日亚亚化学工工业株式式会社（NICCHA，以下简简称日亚亚）在中中村修二二的领导导下成功功开发并并商业化化了第一个个GaNN蓝光LEED。组合红红绿蓝三三色LEED或者者在蓝光光LEDD上涂覆黄色色荧光粉粉可产生生白光LLED，这对通通用照明明而言是是另一个个高效而而且富有有发展潜潜力的新新技术。在开发发白光LLED的的同时，研发者者们同时时致力于于提高LLED技技术的转转换效率率。目前前，LEED的商业化化器件效效率已经经达到7761132llm/WW，商业化化的LEED照明明系统效效率也达达到了662 llm/WW，超过了了大部分分的荧光光灯及部分分HID

8、D照明系系统。近期Creee公司已已将LEED器件件效率记录录提高至至2300 lmm/W，的确令令人吃惊惊。图1 各类光源发光效率的比较及未来发展预测（资料来源：Navigant Consulting，Inc）19877年柯达公公司 HYPERLINK /wiki/Ching_W._Tang o Ching W. Tang Chhingg W. Taang和和 HYPERLINK /wiki/Steven_Van_Slyke o Steven Van Slyke Steevenn Vaan SSlykke率先先开发了了有机发发光二极极管（OLEED）有机发光二极管（oganic light

9、emitting diode-OLED）技术采用有机材料来提供范围比普通LED技术更丰富的色彩。，一个个双层有有机电致致发光器器件。119900年Burrrouughees 等等人以共共轭高分分子聚对对苯乙烯烯（PPPV）开发的的高效绿绿光OLLED，在全球球掀起了了OLEED 研研究的热热潮聚对苯乙烯（PPV）是一种典型的线状共轭高分子，经掺杂后是一类重要的导电材料。PPV及其衍生物是一种性能优良的电致发光材料，可发红绿色光，是目前共轭聚合物电发光研究的重点。目前，白光OOLEDD器件的实实验室发发光效率率已达到到90 lm/W，而而各公司司也于近近期开始始将白光光OLEED商业业化，但但作

10、为基本本器件原原型的白白光OLLED面面板，其其效率目目前仅为为23 lm/W。从图1看看出，传传统的白白炽、荧光以以及HIID光源源，分别别历经了了60年到到1200年的发展展才达到目前的性性能，为为此工业业界已臻臻全力，估计未未来大幅幅度提高高效率的的可能有有限。而而固态照照明技术术，如LLED和和OLEED，却却有可能能将发光光效率提提高至现现有最高高效的白白光光源源的两倍倍以上。在过去的的40年中中，LEED的光光输出每每十年增增长200倍，而而与此同同时，每每流明的的成本降降低了110倍（图22）。图2LEED光输输出和每每流明成成本情况况以及未未来的发发展趋势势2LEED产业业2.

11、1 LEDD产业概概况20088年，全全球LEED市场场规模达达到800亿美元元，其中中高亮度度LEDD在19995220044年间的的年平均均增长率率达到446%。美国市市场研究究公司预预测，全全球LEED市场场规模年年增长率率将超过过15%，其中高高亮度LLED（higgh-bbrigghtnnesss LEED）将步入入高速增增长阶段段，占据据LEDD产品比比例逐步步加大，并成为为LEDD主流产产品。美国LEED研究究专业机机构Straateggiess Unliimitted在在全球范范围内对对LEDD的产业业发展趋趋势进行行了跟踪分分析。在在描绘高高亮度LLED产产业结构构时，该该机

12、构指出出，当前前芯片及及系统的的设计方方案都更更趋于复复杂化，上下游游间的产产品分界界线尚未未标准化化，产品品质量仍仍然是当当前面临临的主要要问题。现阶段段大部分分的高亮亮度LEED产品品的封装装都是在在亚洲进进行的，尽管相当当高份额额的产品品由亚洲洲尤其是是中国制制造，但但设备及及关键材材料多由由美、日提供供，而LLED照照明系统统的设计计亦大多多在欧美美完成。图3 全球LED发展现状及未来发展预测目前，LLED的的生产仍仍然“比较原原始”，工艺艺尚未完完全自动动化，而而制造商商们除了了应对降降低芯片片成本的的挑战外外，尚需需解决由由于材料料本征缺缺陷而导导致的LLED发发光色质质、转换效效

13、率以及及稳定性性等性能能问题。2.2 LEED产业业链结构构图3 LED装置配件示意图根据美国国能源部部报告，目前产产业界内内的共识识是，LLED将将在20020年年前主导导照明市市场，同同时集成成了控制制以及感感应系统统的“智能系系统”以及根根据应用用领域区区别的模模块化部部件将扮扮演愈加加重要的的角色。美国计划划在北美美本土打打造LEED生产产基地，利用来来自其他他地区的的零件来来组装终终端的照照明系统统。图4 LED产业链及关键工艺示意图基板衬底如图3所所示，LLED照照明系统统按照装装置配件件可分为为以下四四类，即即LEDD、电路驱动动系统（eelecctriicall drrivee

14、r）、光学系系统（ooptiics）和热控系系统（ttherrmall maanaggemeent）。除LEED以外外，电路路、光学及及热控亦亦自成体体系又相相互交叉叉，被广广泛应用用于其他他电子产产业，在在与LEDD核心技技术高度度集成的的同时，保持了了相对的的独立性性。图4是美美国应用用材料公公司（AApplliedd Maaterrialls IInc）所绘LLED产产业链及及相应工艺艺难点，其中基基板衬底底、荧光粉粉及热沉沉均属于于技术难难度高的的关键环环节。为了更好好地理解解LEDD技术的的生态系系统，可可以把LLED产产业分为为4个不同同的区域域。第一一区域是是制造LLED器器件本

15、身身，包括括制造晶晶圆、LLED芯芯片、LLED封封装等。这一部部分是整整个LEED产业业的基石石，因而而竞争非非常激烈烈，这一区区域包括括了几乎乎所有的的顶级LLED厂厂商，如如科锐（Creee）、日亚化化学（Nicchiaa）、欧欧司朗（Osrram GmbbH）、飞利浦浦（Phhiliips）、丰田田合成（ToyyodaaGossei）、首尔尔半导体体（SeeoullSemmicoonduuctoor）等公司。另外，一些液液晶电视视制造商商，例如如台湾的的奇美和和友达光光电公司司近年来来也加入入到该区域域，而成成了LEED器件件的制造造商。第二区域域是制造造对LEED器件件至关重重要的外

16、外围材料料和元件件，如荧荧光粉、封装材材料、驱驱动器、控制器器和热 HYPERLINK /list/list_qygl.shtml 管管理组件件等。这这一区域域中的公公司包括括一些在在第一区区域的公公司，但但也包括括一些只只提供外外围材料料和元件件的其他他公司。第三区域域的公司司通常只只为其他他LEDD公司提提供设备备和工具具，从晶晶圆和芯芯片的制制造设备备到测试试和测量量设备。这些公公司往往往不涉及及LEDD产业的的其他区区域。在第四区区域的是是系统集集成公司司，他们们制造以以LEDD为基础础的系统统，诸如如液晶电电视、手手机、手手提电脑脑、交通通灯、灯灯具、加加装灯泡泡、汽车车灯组件件、传

17、感感器、通通信系统统以及医医疗设备备等。这这一区域域的公司司可以蔓蔓延到几几乎所有有需要光光源的行行业，并并且公司司数目还还在不断断增长。在这部部分领先先的公司司包括通通用电气气、西门门子、飞飞利浦和和霍尼韦韦尔（HHoneeyweell）等。为增强企企业竞争争力及行行业话语语权，立立式整合合，即基基于企业业核心竞竞争力分分别向上上下游产产业链扩扩张是比比较流行行的企业业运作方方式，其其中以CCreee公司为为代表。2.3 LEED全球球产业链链布局及及代表性性企业基板上、中游下下游美国SiiC基板板：Crree日本SiiC基板板：ROOHM 参见SiCrystal AG主页消息：As of

18、July 16, 2009, SiCrystal AG operates as a subsidiary of Rohm Co. Ltd. HYPERLINK /research/stocks/private/snapshot.asp?privcapId=30026398 /research/stocks/private/snapshot.asp?privcapId=30026398美国All2O3基板：Biccronn、Honneywwelll德国：OOsraam (欧司朗朗)荷兰：PPhillipss Luumilledss日本 AAl2O3基板：京瓷、Shiinkooshaa信光社社美国

19、：GGE日本：NNichhia日日亚、TToyooda GGoseei丰田田合成、ROHHM台湾 AAl2O3基板：Sinno-AAmerricaa siiliccon中中美硅晶晶、Waaferrworrks合合晶科技技韩国：SSeouul SSemii首尔半半导体、SAMSUUNG三三星、LLG IInnootekk日本GaaAs基基板：SSumiitommo、Hittachhi CCablle、Shiinettsu台湾：EEpisstarr晶电、Ariima华华上、FFOREEPI璨璨园、TTekccoree泰谷、Hugga OOptootecch 广广镓、EEpi-Vallleyy鼎元、新世纪纪美国：AAvaggoSiC基基板：Inffleoon NN-Crrysttalss、PWAAM厦门门、天科合合达、II-VI Incc、Doww Coorniing Dow Corning announced that it will begin production of 100mm silicon carbide (SiC) epitaxy, HYPERLINK /sto