LED行业分析报告Word格式文档下载.docx

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（1）白炽灯-效率低，寿命短，耗电量大

白炽灯一般有普通白炽灯和卤钨灯两种类型。

卤钨灯就是充有卤素的钨丝白炽灯，现在常用的卤钨灯有碘钨灯和溴钨灯，其发光效率和使用寿命优于普通白炽灯。

卤钨灯主要用于强光照明，例如公共建筑、交通、拍摄电影和电视节目制作等场合的照明。

其中，碘钨灯还可作为干燥剂、烘箱的热源，可用于体育场、游泳池等室内照明。

白炽灯的发光原理是：

电流通过灯丝（钨丝，熔点3000多摄氏度）时产生热量，螺旋状灯丝聚集热量，当温度高于2000摄氏度时，灯丝处于白炽状态而发出光来。

灯丝温度越高，发出的光越亮。

白炽灯发光特点是：

发出连续光谱，故显色性高；

灯丝高温下变软、升华，容易熔断，故寿命短；

绝大多数电能都转化为热能，故光电转化效率极低，耗电量大。

（2）气体放电灯-含汞及稀土，显色性差，光衰大

气体放电灯是由气体、金属蒸气或几种气体与金属蒸气的混合放电而发光的电光源，目前用得较多的是辉光放电和弧光放电。

辉光放电一般用于霓虹灯和指示灯，弧光放电可有很强的光输出，主要用作照明光源。

气体放电灯按气压高低又可分为两类，即低气压放电灯和高强度气体放电（High-intensitydischarge，HID）灯。

低压气体放电灯主要包括荧光灯（低压汞灯）、低压钠灯和无极灯，而HID灯包括高压汞灯、高压钠灯、金卤灯（金属卤化物灯，HQI）等。

荧光灯1938年开始出现，当时的产品主要是T12（灯管直径38mm）、T10（32mm），1978年T8（26mm）问世，1995年T5（16mm）上市。

荧光灯的发展与荧光粉密切相关。

最初使用的是卤粉，其发光效率低，且在紫外线照射下劣化严重。

直到稀土三基色荧光粉发明之后，T5才被生产出来，它的出现使得荧光灯的光效提升50%，寿命提升150%，有明显的节能效果。

1930年代，低压钠灯和高压汞灯也开始出现，光效比白炽灯高出2.5倍，但显色性较差。

1960年代，高压钠灯和金卤灯开始发展起来。

1962年，美国首先解决了钠在高温、高压时的抗腐蚀、半透明多晶氧化铝管材料，又突破了封接工艺，制成第一支高压钠灯，当时的光效是90lm/W，显色指数Ra为25，寿命为5000h，发出的光是金黄色，节能效果很好，很快在道路、港口、车站、工厂、桥梁、广场等户外照明场合应用。

金属卤化物灯是在高压汞灯基础上添加各种金属卤化物制成的光源，具有发光效率高、显色性能好、寿命长等特点，是一种接近日光色的节能新光源，广泛应用于体育场馆、展览中心、大型商场、工业厂房、街道广场、车站、码头等场所的室内照明。

气体放电灯的工作原理是：

放电灯接入工作电路后产生稳定的自持放电，由阴极发射的电子被外电场加速，电能转化为自由电子的动能；

快速运动的电子与气体原子碰撞,气体原子被激发,自由电子的动能又转化为气体原子的内能；

受激气体原子从激发态返回基态，将获得的内能以光辐射的形式释放出来。

上述过程重复进行，灯就持续发光。

各种气体放电灯都由泡壳、电极和放电气体构成，基本结构大同小异。

气体放电灯不能单独接到电路中去，必须与启动器、镇流器等辅助电器一起接入电路才能启动和稳定工作。

放电灯的启动通常要施加比电源电压更高的电压，有时高达几千伏或几万伏以上。

（3）气体放电灯正逐渐取代白炽灯

白炽灯作为热辐射电光源，相对于气体放电灯而言有很多优势：

体积小、价格便宜、不需要启动器和镇流器等附件，启动特性好（低温启动）、高显色性、产品自身不含汞等，其高显色性和启动特性，特别是低温启动特性，是气体放电电光源不可比拟的。

但是，发光效率低、使用寿命短是白炽灯的致命缺陷，这是它逐步被气体放电灯替代的主要原因。

气体放电灯虽然优点很多，但是也存在明显缺陷：

由于汞具有激发电位低，在室温下饱和蒸气压低而在高温下饱和蒸气压高等特点，所以一般放电灯中都充有金属汞，容易造成汞污染，都要耗用较多稀土材料；

启动电压高，必须配备镇流器、启动器等附件；

大多显色性差。

2、LED应用领域不断拓展，技术进步快速

和白炽灯、气体放电电光源相比，LED照明的光效更高、寿命更长，抗震性能好，不含汞等重金属，体积更小，光谱中没有热量和辐射，可实现丰富多彩的动态变化色彩，容易实现数字化智能控制，是迄今为止真正能实现绿色照明的新型电光源技术，可以称为人类“第三次电光源技术革命”。

在应用领域方面，LED已经从最早的仪器仪表指示光源、交通信号等单色光应用，发展到目前的全彩显示屏、3C产品（手机、电脑、电视等消费类电子产品）的背光源、各种景观装饰灯、汽车灯以及室内外照明等。

在光效方面，从最初的每瓦不到1lm发展到目前的每瓦254lm白光LED（Cree最新实验室数据），技术进步快速。

（1）从红黄光到白光照明，LED实现跨越式发展

LED是一种以半导体（二极管）为发光材料的发光元件，其发光原理是：

微小的半导体芯片（LED芯片）被封装在洁净的环氧树脂中，当载流子经过该芯片时，带负电的电子与带正电的空穴产生复合消失同时放出光子。

电子和空穴之间的能量（带隙）越大，产生的光子的能量就越高。

由于不同的材料具有不同的带隙，不同能量光子的波长不同，从而能够发出不同颜色的光，涵盖紫外到红外的波长范围。

在可见光的频谱范围内，蓝色光、紫色光携带的能量最多，波长最短，而桔色光、红色光携带的能量最少，波长最长。

由于LED不需要灯丝，所以没有发热、易烧等缺点。

LED起源于1907年，H.J.Round发现SiC的微晶结构具有发光能力，这是第一颗发光的LED（当时是肖特基二极管，而不是目前的PN结二极管）。

1952-1953年期间，HeinrichWelker第一展示使用III-V族半导体作为发光材料，III-V族半导体材料GaAs相继被应用到波长870-980nm的红外光LED上。

1962年，Holonyak和Bevacqua在应用物理期刊发表了使用GaAsP为发光材料的红光LED，这是第一颗可见光LED，使用气相磊晶法（VPE）在GaAs基板上长出GaAsP二极管PN结面，其优点是方法简单、低成本，缺点是由于GaAsP薄膜与GaAs晶格不匹配导致发光效率低下（约为0.1lm/w）。

由于Holonyak对可见光LED和激光二极管（LD）做出了杰出贡献，被誉为“可见光LED及LD之父”。

GaP材料的发展始于1960年代。

GaP材料的LED可在日光下发出人眼能够看到的红光，其发光效率比GaAsP材料的LED要高。

至1972年，M.GeorgeCraford使用N掺杂，成功做出第一颗黄光波段的GaAsP/GaP材料系LED，不仅提高了光效，而且将发光波长进行了延伸。

随着红光LED的研究与发展，另一种应用材料AlGaAs引起了人们的关注，采用液相磊晶法，结果发现AlGaAs/GaAs系LED比GaAsP/GaAs光效更高。

1985年后，日本研究者使用AlGaInP作为可见光激光材料，发光层为AlGaInP/GaInP双异质结构，成功做出红橙黄波段的LED，取代GaAsP成为成为红光主要使用的材料。

1990年代后，由于制程技术的突破，通过芯片接合技术将红光LED建立在透光GaP基板上、通过将LED芯片做成特定形状提升光提取效率等方法大大增加了LED的发光效率。

至此，红光LED发展渐趋成熟稳定。

1986年，Amano等人利用MOCVD磊晶低温AlN缓冲层，成功长出透明的、没有表面裂纹的GaN薄膜，开启了蓝光LED的发展历程。

1992年，日本日亚化学公司（Nichia）的中村修二博士使用热退火技术成功活化磊晶在低温缓冲层的GaN薄膜，并于1995年研制出高亮度GaN蓝光与绿光LED。

次年，中村修二博士又提出利用InGaN蓝光LED激发黄色荧光粉生产白光LED的方法。

到2007年，蓝光LED的实验室光效已经超过100lm/w。

2012年4月，美国Cree公司宣布，已经成功研发出254lm/w的白光LED（250-260lm/w的光效意味着80%的电能转化为光能，仅20%转化为热能），创历史记录，这将使其LED户外路灯的批发价降至不到200美元。

在蓝光LED芯片出现之前，由于无法通过RGB合成白光，LED的光效、亮度也不高，LED无法应用于照明领域。

因此，1995年高亮度蓝光与绿光LED研制成功，标志着LED正式进入照明领域，是LED照明发展最关键的里程碑。

（2）红黄与蓝绿LED色系存在很大差异

以LED灯具为例，其上游供应链分工关系如下：

蓝宝石晶棒厂以高纯度氧化铝制成蓝宝石晶棒，蓝宝石基板厂买来晶棒经过一系列制程生产出基板（直径为2寸或4寸的薄薄的小圆片），外延/芯片厂购入蓝宝石基板，放入MOCVD设备（炉子）中生长外延层，最后在基板表面长成厚度仅几微米的半导体外延层，长有外延层的基板一般就称为外延片（或磊晶）。

生产好的外延片再通过研磨抛光、蒸镀、光刻等工艺制作电极并按一定的规定尺寸（比如10*10mil、45*45mil）切割成大量的LED芯片（或称为晶粒）。

接着，封装厂再将LED芯片封装成各种形状的灯珠，这些灯珠最终被灯具厂（应用厂商）拿来和电源、外壳等零件组装成LED灯具。

LED可以分为蓝绿与红黄两大色系，不同色系在衬底、发光材料、发光特性等方面都存在明显差异，这使其主要应用领域也各不相同。

LED的光效由内量子效率（即LED芯片内部产生光子的效率）和外量子效率（即LED的出光效率或取光效率）共同决定。

外延生长技术发展以提高内量子效率为主，而芯片和封装工艺以提高外量子效率为主。

红黄光led内量子效率较高而外量子效率低，技术难点在于外量子效率的提升。

蓝绿光刚好相反，内量子效率较低而外量子效率高，所以技术难点在于外延生长工艺。

红黄光LED的特点是光的波长长而光效较低，适合于做指示标志、汽车尾灯等，不适合直接用来做照明灯具。

而蓝绿光波长短而光效高，适合于做照明、背光等应用。

用来生产4元系红、黄光LED外延片的MOCVD设备不能用来生产，而生产蓝光LED外延片的MOCVD也不能用来生产红黄光。

红、黄光LED一般使用GaAs材料做基板（衬底），而蓝光LED一般使用蓝宝石或碳化硅（SiC）材料做基板，其他外延材料、生产工艺等方面也存在一定差异。

（3）蓝光LED芯片主导通用照明市场

理论上讲，LED要应用于照明，必须能够合成出和自然日光相同或者类似的白光。

在蓝光芯片出现之前，LED无法应用于照明，一是因为红黄光光效低，二是无法获得蓝、绿光。

日本的中村修二博士在发明蓝光芯片后不久，就发明了蓝光芯片配合黄色荧光粉合成白光的技术。

后来，日本的三菱化学研发出了红色的和绿色的荧光粉，配合蓝光芯片可以生产出显色性更好的白光。

这两种方案是目前主流的led白光方案。

还有一种方案，就是用紫外led芯片配合红、绿、蓝荧光粉合成白光。

因为蓝光、紫外光携带的能量最大，能够激发荧光粉形成白光，而红黄光就很难做到这一点。

红光芯片进入照明领域的唯一途径就是用蓝光、绿光、红光芯片