半导体照明产业发展概况.docx
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半导体照明产业发展概况
半导体照明产业发展概况
摘要：
本文简要介绍国际半导体照明产业概况，重点描述国内半导体照明产业发展、市场动态及加速发展我国LED产业的建业。
前言：
由于高亮度LED具有突出的三大优点：
节能、环保、寿命长以及其他许多优点，近几年，LED技术不断有新的突破，所以应用领域不断扩大，已经入专用及特种照明领域，因此国内外均投入很大力量进行研究和产业化。
国外LED技术和产业近几年的发展非常快速，特别在蓝光、白光、功率LED以及应用方面均有较大突破。
国内近几年来由于国家及部分地方政府的重视，以及与LED行业相关的大学、研究所、企业均在资金、人力、物力方面投入较大，在LED技术上的研究成果及产业化方面均有很大的发展，但与国外水平相比还有一定的差距。
现就有关国内外LED产业发展、市场动态以及如何加快发展我国LED产业等介绍如下：
一、国外半导体照明产业简况
国外LED技术的发展，主要是长期开展Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体（GaAs、AlGaInP、GaN、AIN）的基础研究，于上世纪九十年取得重大突破，先后获得高亮度红、橙、黄、绿、蓝光LED以及白光LED，近几年LED技术不断取得新的突破，使LED照明产品逐步进入特种专用照明领域。
现从以下三方面简要介绍。
1、国外发展LED的主要国家和厂商
鉴于半导体照明技术发展的前景，引起世界发达国家的高度重视，在本世纪初，主要几个国家先后制定国家级半导体产业发展计划，主要有日本“二十一世纪照明研究发展计划”，美国“国家半导体照明研究计划”，欧共体“彩虹计划”，韩国“GaN半导体研究计划”，中国台湾“次世纪照明光源开发计划”，中国“半导体照明工程”等，各计划主要是投入巨大资金，联合国内外主要力量开展半导体照明的研究，定出主要技术指标，并逐步推动产业化，在此不作详细介绍。
经过多年的努力，从目前来看，世界上主要拥有半导体照明技术和产业化的厂商如表1所示：
表1世界主要LED厂商
公司名称
主要内容
日本Nichia日亚公司
GaN基高端蓝、绿、紫及紫外LED外延、芯片及白光技术，产量大
日本ToyodaGosi丰田合成公司
GaN基蓝、绿光LED及白光LED产量很大
美国Gree公司
以SiC衬底的GaN基外延、芯片，蓝、绿LED及白光LED，产量大。
美国Lumileds公司
GaN基蓝、率LED外延、芯片及白光封装技术，AlGaInP功率LED。
德国Osram光电公司
欧洲最大的GaN基蓝、率LED外延、芯片及白光LED的厂商
南韩首尔半导体SeoulSemiconductor
GaN基蓝、绿光LED，目前技术指标较高。
中国台湾晶元光电
合并后的新晶电在GaN基蓝、绿光外延、芯片和四元系AIGaInp的外延、芯片，月产能分别为世界第一。
从表1中来看，LED技术主要由日亚、Gree、Lumileds和Osrom等四家公司掌握并处于技术垄断的局面，但产业化做得较好的是中国台湾的新晶电公司，不但两种产品的月产能分别都是世界第一，而总产量也占世界相当大的份额。
韩国首尔半导体公司是前几年才组建，目前掌握LED的技术达到世界先进水平。
2、国外LED技术水平和市场动向
近二年LED技术方向，主要在提高外延层的内量子率、芯片的取光率和封装的出光效果等方面均有新的突破，使LED的主要技术、发光率有较大提高，据相关报道：
日亚公司：
小功率白光LED光效达150Lm/w、功率LED在350mA下光效达91.7Lm/w
Lumileds公司：
功率LED在350mA下光效达115Lm/w；
Gree公司：
小功率白光LED在20mA下光效达1331Lm/w、功率LED在350mA下光效达951Lm/w；
ElisonOpto公司：
功率LED在350下光效为851Lm/w最高达100Lm/w；
首尔半导体公司：
功率LED在350mA下光效达80Lm/w，最高达1001Lm/w，计划2007年光效达135Lm/w；
目前可提供产业化芯片的光效可达10~80Lm/w；
据相关资料测算：
2006年全世界生产产量为420亿只/年，生产四院系AlGaInaP芯片产量为450亿只，其中中国台湾的产量分别占30%多和58%的份额。
据台湾光电协进会（PADA）提供：
2006年全世界LED封装市场为77.5亿美元。
预计2007年LED封装的市场为87.4亿美元。
2006年世界LED应用市场的分布为：
手持式电子产品（含手机、数码相机、PDA、MP3、掌上游戏机等）的背光源及闪光灯占42%，信息标志与显示占19%，车用LED占15%，照明LED占9%，电子产品及其他占13%，还有LED指示2%。
3、产业发展趋势
LED产业发展趋势主要取于LED技术发展和市场拓展的趋势来确定，从现阶段发展来看，以下三个动向将与LED产业发展密切相关。
1）由于LED技术发展不断有新的突破，发光效率达1001m/w，已进入专用及特种LED照明领域。
当发光效率达150m/w时，就可逐步进入普通照明领域。
谁都认识这种具有节能、环保特点的半导体照明进入普通照明领域具大市场潜力。
所以世界上最大的三家照明集团，通过合作、并购等方式，均具有世界一流水平半导体LED企业，philips照明公司具有LumiledsLighting公司。
Osram公司具有Osram光电公司，GE公司具有Geleore公司。
他们均投入巨资发展自身的半导体照明产业，无疑将加速推进LED产业进入普通照明领域的进程，对半导体照明产业发生巨大影响。
2）随着LED技术的不断发展，现有LED的技术专利1万多项，关键的核心技术专利集中在上述几个主要的LED企业，近几年来国际上LED专利纠纷不断，有的打起公司，这些有关技术专利的纠纷如果处理不好，势必将影响半导体照明产业发展的进程。
从目前看大部分专利纠纷是通过双方协商以相互授权和付费授权的办法来解决。
由于有些核心技术专利，如GaN发光的核心技术专利已快到20年专利期限，至2010年之后将会逐步失效。
所以有人预测到2010年之后，由于逐步不受专利的约束，半导体照明产业将更快发展。
3）“新三角鼎立”将形成
台湾同行近期提出“新三角鼎立”将形成。
由于中国台湾、中国大陆和韩国在半导体照明产业产业上近年来发展非常迅速，目前这些地区虽然在技术上还达不到美国、日本的水平，但在半导体照明产业化方面已达到相当高的水平。
2006年GaN蓝、绿光芯片产量已超过世界总量的50%，四院系AiGAlnp芯片产量已超过世界总量的70%。
这三个地区LED封装能力所占得比列更大，而且LED应用产品的开发和推广更是活跃和广泛，加上中国LED的潜在市场在该地区半导体照明产业发展所形成的“新三角鼎立”，对世界半导体照明产业发展将会发生巨大的影响。
二、中国LED产业基本概况与特点
1、LED产业基本概况
据中国光协光电器分会统计和测算，2006年全国从事LED的企业约2000多家，其中外延、芯片的研发和生产单位有30多家。
封装企业约600家，其中有一定规模的封装企业约100多家。
应用产品和配套企业有1700多家。
从LED的原材料、外延、芯片、封装、应用及相关配套件、设备仪器等，已形成交完善的产业链。
2006年LED器件、芯片的产量如表2所示，LED器件的销售值如表3所示。
表2：
LED器件及芯片产量
单位：
产量（亿只）、增长率（%）
年份
名
称 产量、增长率
2004年
2005年
2006年
产量
增长率
产量
增长率
产量
增长率
LED器件
250
25
300
20
380
26.7
其中高亮度LED器件
80
60
120
50
180
50
LED芯片
100
66
180
80
260
44
其中高亮度LED芯片
25
300
60
140
120
100
表3：
LED器件销售值
单位：
产量（亿只）、增长率（%）
年份
名
称 产量、增长率
2004年
2005年
2006年
产量
增长率
产量
增长率
产量
增长率
LED器件
250
25
300
20
380
26.7
注：
LED器件包含各种封装形式的单管、SMD、LED模块、像素管、数码管、显示器和背光板等。
从表中看到我国近几年LED器件及销售的增长率超过20%，其高亮度芯片增长率超过100%。
2、LED外延、芯片的技术和产业动态
LED的核心技术是高亮度LED和功率LED的外延、芯片制造技术，近几年由于政府和相关研究机构高度重视。
投入大量资金人力加以研究、开发和产业化，主要和产业化，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、中电所、华南师大、北京工大、深圳大学、厦门大学、山东大学、南京大学等，2006年有中科院五个研究所组建成立中科院半导体照明研发中心。
这些研究机构经过努力，在技术上主要解决硅衬底上生长GaN外延材料，GaN基蓝光波长漂移、P区欧姆接触，采用ITO透明电极、光电晶体新结构，激光剥离AL2O3衬底，提高内量子效率和取光效率，提高抗抗衰能力和功率芯片的散热水品等等，取得很好的研究成果，并研发1W的LED芯片也可产业化，发光效率可达50~60%m/w。
南昌大学在Si衬底上生长GaN外延材料成果取得突破性进展，小功率蓝光芯片辐射功率达10mw，芯片成品率达80%。
功率LED芯片在350mA下，辐射功率150mw，在500mA，1000小时通电实验，其蓝光的光衰小于5%。
并获多项自主产权的国际发明专利。
国内LED外延、芯片的主要企业有：
厦门三安、大连路美、深圳方大、上海蓝光、上海蓝宝、山东华光、江西联创、南昌欣磊、上海大晨、河北立德、河北汇能、深圳奥伦德、杭州士蓝明芯、广州普光、深圳世纪晶源、杨州华夏集成、甘肃新天电、江西晶能光电、厦门乾照、上海宇体、廊坊清芯等公司。
这些企业近年来在研发和工艺改进方面做了大量工作，在提高产品性能、成品率、工艺重复性，提高抗光衰和可靠性等方面取得较好成果，保障芯片的批量生产，2006年高亮度芯片超过120亿只，增长率为100%，其中蓝、绿芯片约为30多亿只。
3、LED封装技术和产业动态
国内LED封装企业的特点是规模小、数量多，主要封装企业有：
厦门华联、佛山国星、江苏稳润、深圳鸿利、宁波升谱、惠州华刚、深圳光量子、江西联创、天津天星、廊坊鑫谷、深圳瑞丰、深圳雷曼、珠海力峰等。
全国的封装能力约380亿只/年，加上外商企业，其封装能力超过500亿/年。
可封装各种规格的LED产品，包含单管、复合管、像素管、数码显示器、白光LED、功率LED和大功率LED模块等，不少有实力的成果，如提高封装出光效率，该进封装结构，提高散热性能，减少热阻，提高白光出光的均匀性、一致性、抗光衰能力和可靠性，解决白光测试中的色温、显色性等技术问题。
能封装1W白光LED，其发光效率在60~70lm/w,最好可达80lm/w，热阻可控制在10·C/W以内。
还可封装大功率LED模块产品。
国内LED封装材料及配件的配套能力也较强，除个别材料外，绝大部分材料均为国内提供，主要有金丝、硅吕丝、环氧树脂、硅胶、银胶、导电胶、支架、条带、塑封件、封装模具和工夹具等，已形成一定规模的产业链，主要在珠江三角洲和宁波地区。
另外封装白光LED用的荧光粉，国内研发和生产企业也有几十家，其性能均有很大提高，现已有大量用于白光LED封装。
4、半导体照明技术标准与检测平台
LED标准化和检测工作取得较大突破，现由信息产业部半导体照明技术标准工作组，正在制定13个LED基础标准和产品标准。
LED应用产品的标准也由相关主管部门组织制定，已有几十个相关标准制定中，部分标准已经完成，如LED显示器、交通信号灯、矿灯、、、、、、等。
另外，LED检测平台的建设也在积极推动中，如北京、石家庄、上海、厦门等相关部门均已有投入很大资源在筹建半导体照明检测中心，很快会见效。
5、LED产业发展的特点
近年来，中国LED产业发展呈现如下几个特点：
1）LED产业发展迅速，如表2所示，特别是高亮度LED器件的增长率为50%，芯片的增长率超过100%。
2）投入增大。
除政府的投入和支持外，很多企事业单位均有较大投入，如厦门三安、江西晶能光电、山东华光、上海蓝光、大连路明、上海蓝宝、深圳方大、杭州士蓝明芯、扬州华夏等均增购MOCVD和前工序芯片制造设备。
几个主要后工序封装企业：
厦门华联、佛山国星、江苏温润、宁波升谱、深圳鸿利公司等，近期扩大生产规模搬入新厂房，购置新设备。
3）新投资的企业数增加很多，这几年前工序企业增加6个，封装企业增加上百个，应用企业增加几百个。
4）应用产品的开发推广全方位展开，应用品种增加迅速，而且应用产品的产值也增加很多，估计新增产值约200~300亿元。
5）重视LED标准的制定和LED检测平台的建设。
三、中国LED市场状况
由于LED具有很多优点，所以应用面不断扩大，应用产品的品种也多，进入LED应用产品开发和生产的单位也愈来愈多，很多原来生产照明和LED产品的企业也纷纷进入LED应用产品的开发和生产。
表3所示的LED销售量，指LED器件的销售值，不包含LED芯片和应用产品。
现根据LED应用产品的应用范围划分五大类，并对这些应用产品的品种和市场作些介绍和预测。
1、信息显示：
电子仪器、设备、家用电器等的信息指示、数码显示、显示器及LED显示屏（信息显示、广告、计分牌）。
目前市场份额有100亿元，潜在市场有几百亿元。
2、交通信号灯：
城市交通、高速公路、铁路、机场、航海和江河的信号灯，现有市场份额有20亿元，潜在市场有上百亿元。
3、背光源
小于10英寸背光源，主要用于手机、MP3、MP4、PDA、数码相机和摄像机。
中等面积背光源（10~20英寸），主要用于计算机显示器及监视器。
大面积市场份额有几十亿美元，潜在市场有几百亿元。
4、汽车用灯：
汽车内外灯、前照灯、车内仪表照明显示。
目前市场分额只有几亿元，但潜在市场上百亿元。
5、半导体照明：
根据现有产品的应用范围，可分为六类：
1）室外景观照明：
护栏灯、投射灯、LED灯带、LED球泡几亿元，潜在市场有上白亿元。
2）室内装饰照明：
壁灯、吊灯、嵌入式灯、墙角灯、平面发光板、格栅灯、筒灯、变换灯等，目前市场有几亿元，潜在市场有上百亿元。
3）专用普通照明：
便携式照明（手电筒、头灯）、低照度（廊灯、门牌灯、庭用灯）阅读灯、显微镜灯、投影灯、照相机闪光灯、台灯、路灯等，现有市场20多亿元，潜在市场有几百亿元。
4）安全照明：
矿灯、防爆灯、安全指示灯、应急灯等，目前市场只有几亿元，潜在市场有几十亿元。
5）特种照明：
军用无红外辐射照明灯、医用无热辐射照明灯、治疗灯、杀菌灯、农作物和花奔专用照明灯、生物专用灯、与太阳能光伏电池结合的专用LED灯等。
目前市场份额虽然不大，但具有很大意义和重要性，而且有很好的市场发展前景。
6）普通照明：
办公室、商店、酒店、家庭用的普通照明灯。
虽然LED照明目前尚未正式进入该领域，但随着LED技术的突破和成本的不断下降，预计在2年内会逐步进入普通照明领域，其潜在市场是LED应用中最大的，具有上千亿元。
根据我国的国情，国内LED市场目前与国外LED市场的重点有所不同，我国现阶段LED主要用于信息显示、交通信号灯、景观照明和专用普通照明领域。
四、加速发展我国LED产业的建议
虽然我国LED产业发展较快，其技术水平与国际的差距还是较大的，主要是缺乏有自主权的核心技术，高性能LED和功率LED产品均要依赖进口，其产品以中、低档为主，产业化规模偏小，缺乏竞争能力。
为此，如何加速发展LED产业，提出如下三方面建议意见：
1、加大政府的支持力度和调控能力
1）重点支持国家级半导体照明研发平台的建设，对分散重复的研究机构进行整合调整，真正支持有自主权核心技术和创新项目的研发工作。
2）用政府引导和宏观调控办法，对目前工序规模偏小和有条件的后工序封装企业要引导投资、重点扶持、进行整合、合资、合并，集中资源扩大产业化规模，使企业在国际上具有一定的竞争能力，可借鉴韩国和台湾经验。
2、加强LED产业的基础研究、开发工作
1）加强LED外延、芯片的研究、开发，主要是提高发光的内量子效率和外量子效率，提高产品性能、稳定性、一致性和可靠性，转换为产业化的成品率，要有自主产权的核心技术。
2）加强白光LED和功率LED封装技术的研发，主要是提高出光效率，该进封装结构、提高衬底散热性能，降低热阻，提高抗光衰能力和工作寿命，以及出光的均匀性、一致性和可靠性。
3）加强LED主要原材料、配套件的基础研发和制造LED的关键设备装置。
主要是指衬底、有机源、环氧树脂、硅胶就、荧光粉、驱动IC和关键设备等。
4）加强LED的光、电、色、热学及照明参数的测试研究，并对LED光源的可靠性展开研究。
3、扩大LED产品推广应用和市场
虽然LED产品的应用面很广，但在推广应用和市场开拓上，目前要重点抓住如下三个方面：
1）加大中等尺寸和大尺寸LED背光源的研发工作，该市场潜力很大，技术上逐步成熟，要尽快进入市场。
2）加大用于汽车少的各种LED灯和显示的研发工作，包含前后灯、转向灯、侧灯、刹车灯、前照明灯以及车内的照明灯及显示器，市场潜力巨大，要尽快进入市场。
加强开发半导体照明的应用，主要指景观照明、装饰照明、专用普通照明、安全照明、特种照明和普通照明光源。
这是LED应用的潜在市场，要高度重视并积极应用开发。
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