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光电新技术论文范文概况

LED产业发展与分析报告

一．LED的起源与发展简史

1907年，HenryJosephRound第一次在碳化硅里观察到电致发光现象，从此科技工作者们便开始了崭新的探索之旅，这一旅程，从黑暗到黎明，却是整整一个世纪。

20世纪20年代晚期，BernhardGudden和RobertWichard在德国使用从锌硫化合物与铜中提炼的黄磷产生发光，但发光太暗，无法应用化。

1936年，GeorgeDestian发表了关于硫化锌粉末发射光线的报告，最终出现了“电致发光”这一具有广泛意义的专业术语。

20世纪50年代，英国科学家在电致发光的实验中使用（半导体）砷化镓发明了第一枚具有现代意义的LED。

20世纪60年代末，人们在砷化镓基体上使用磷化物发明了第一只可见红光的LED。

1965

年，第一款用锗材料制造的LED面世，随后不久，Monsanto和HP（惠普）公司开始批量生产，应用于一些昂贵的机电设备上作指示灯。

20世纪70年代，LEE开始用于点阵文字显示。

70年代中期，黄光和绿光LED面世。

20世纪80年代，高亮LED面世。

20世纪90年代，随着氮化物LED的发明，是上世纪LED发展最快的10年，除了一些核心技术问题得到攻克外，LED开始在部分国家和地区广泛取代传统光源和替代交通信号灯，同时白光LED面世，开启了照明和光电显示领域的新境界，1992年，蓝色LED在Nichia成功走出实

验室，1997年，白光LED诞生。

LED从最初的约0.05Lm/W的光效，经历了0.1Lm/W时代，数Lm/W寸代，数十Lm/W寸代，到现在的约90Lm/W的发效率。

LED具有无限广阔空间和未来，在美国、日本、韩国等国家和地区，均已经进行了LED

战略发展规划和部署。

美国2000年制定的“NGLP已被列入国家能源法案，主要内容有：

减少2.58亿吨碳污染，少建133座新的发电厂，2010年55%的白炽灯和荧光灯由LED取代，2025年LED产业突破500亿美元大关，提供百万级的就业机会等；日本于1998年制定了“21世纪照

明计划”，2006年已实现全国过半的照明系统改为LED照明，目前日本已经在实施第二阶段

发展计划了，即2010年以前，120Lm/W光效的LED产业化。

21世纪，全球最主导的产业排序中，首当其冲的就是光电产业。

我国也在“十五”攻关计划中启动了LED等关键项目。

不久的将来，如果我们国家的照明由LED取代，每年可节省1000亿度电能，相当于一个三峡工程。

二．LED的概念及特点介绍

LED（LightEmittingDiode）,即发光二极管，是一种半导体固体发光器件，它是利用固体半导体芯片作为发光材料，当两端加上正向电压，半导体中的载流子发生复合引起光子发射而产生光。

LED可以直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。

LED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。

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02mm$4.4mm$5mm$8mm$10mm及20mm等。

国外通常把03mm的笈乂[•匿笆;iiVTT-1;把$5mm的记作T-1（3/4）;把$4.4mm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。

LED光源的优点：

1、光效率高：

光谱几乎全部集中于可见光频率，效率可以达到

80%-90%。

而光效差不多的白炽灯可见光效率仅为10%-20%。

LED电能转化为光能转换率

接近90%，而目前通常的室内照明灯具的平均电光转换率大约20%,有80%的电能因转化

为热能而浪费掉。

2、光线质量高：

由于光谱中没有紫外线和红外线，故没有热量，没有辐射，属于典型的绿色照明光源。

3、能耗小：

小功率LED一般在0.05W左右，以其作为光

源，在同样亮度下耗电量仅为普通白炽灯的1/10。

4、响应时间短：

白炽灯的响应时间为毫

秒级，LED灯的响应时间为纳秒级5、寿命长：

光通量衰减到70%勺标准寿命是10万小时。

一个半导体灯正常情况下可以使用50年，即使长命百岁的人，一生最多也就用2只灯。

6、

适用性强：

每个单元LED小片是3-5mm的正方形，可以制备成各种形状的器件，且适合于易变的环境。

7、可靠耐用：

没有钨丝、玻壳等容易损坏的部件，非正常报废率很小，维护费用极为低廉。

8、安全：

单位工作电压大致在3V左右，工作电流在20mA左右。

9、绿色环保：

废弃物可回收，没有污染，不像荧光灯一样含有汞成分。

以照明灯为例，LED照明灯在能耗、可靠性、寿命方面均大大优于传统灯，详见下表:

表1.LED灯于传统等性能对比

名称

耗电量（W）

工作电压（V）

协调控制

发热量

可靠性

使用寿命（h）

金属卤素灯

100

220

不易

极高

低

3000

霓虹灯

500

较咼

高

宜

室内3000

镁氖灯

16W/m

220

较好

较咼

较好

6000

日光灯

4~100

220

不易

r较咼

低

5000~8000

冷阴极

15W/m

需逆变

较好

较低

10000

钨丝灯

15~200

220

高

低

3000

节能灯

3~150

220

不宜调光

p低

低

5000

LED丁

极低

12~36

多种形式

极低

极高

10万

LED光源的缺点：

1、单个功率低：

市面上的单体LED功率一般在5W以下，还没有出现更大功率的LED,这是目前LED难以成为照明首选的最大瓶颈；2、需要严格控制温度：

LED

是一种半导体材料，与普通二极管一样具有PN吉，由于高亮二极管的功率相对比较大，所以

与功率半导体器件相同，需要考虑散热问题，结温过高会直接影响LED勺寿命，并且会增大

LED勺光衰，情况严重的会将LED烧坏；3、价格高：

价格是LED难以成为照明的主要因素,

虽然LED目前已被大多数人认识，也被多数人看好，但其高昂的价格难以被消费者接受，目

前单体黄色LED大约O6元/个，绿色与蓝色单体LED在1.8元/个左右，白色LED的价格达到了22〜5.5元/个左右；如果将几十个单体LED组合，其成本将大大增加，如把一个LED安

装在草坪灯里，其单价就相当于一般草坪灯的几倍，LED要成为未来照明的主流光源，就一

定要朝着大流明方向发展，成本才有可能降低，市场才有可能突破。

4、显色指数低。

在LED

照射下显示的颜色没有白炽灯真实。

，

3.LED勺应用领域

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。

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向应速度快，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汽车尾灯模块可以随意组合成各种汽车尾灯。

此外，在汽车仪表板及其它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。

小尺寸背光源应用

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。

照明光源的应用

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med,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1.35X106kW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［。

4.LED产业链

上游

中游

下游封装及应用产品

外延片

-H-LJL心片

封装类型

LED应用产品

AlGalnP

红光

黄光

LED贝占片（SMD

LED单管（Lamp大功率LEDLED数码管

数码显示和汽车灯市场

电器、汽车、轻工、旅游等

背光源（TFT彩屏的背光）

IT（手机、电脑等）

室外景观照明市场和室内装饰照明市场

室外景观照明等

数码相机和显微镜照明丁

数码相机，显微镜等

GaN

蓝光

绿光

特种工作照明和军用照明灯市场

矿灯，手电筒，闪光灯，太阳能LED灯等

户外内显示屏和交通信号灯市场

LED显示屏和LED交通信号灯等

5.全球LED产业形势与发展

全球LED产业主要分布在日本、中国大陆、中国台湾地区、欧美及韩国等国家和地区。

其中，日本最大，占据约50%的份额，其次是我国台湾地区。

各地区LED产值大小及所占份

额分布见图13、图14所示。

图1全球LED产值区域分布变化趋势

（数据来源：

台湾PIDA，麦肯桥资讯整理）

图2全球LED产值区域份额变化趋势

（数据来源：

台湾PIDA，麦肯桥资讯整理）

2005年日本LED产值达28.7亿美元，占据全球LED产值的50%左右，预计2006-2008年间日本LED产值的年均增长约为6%,至2008年日本LED产值约达33亿美元。

欧美地区的LED产值2005年约为14亿美元，预计2006约增长9%近达15亿美元，而后两年不会有所增长，产值维持在15亿美元附近。

2005年台湾（包括台湾岛内及大陆分厂生产）LEE产值达12亿美元，2006、2007年内年

均增长约19%预计2007年产值将首度超越欧美地区，台湾厂商2006年在汽车灯及大尺寸LCD

面板背光源方面已开始纷纷投资布局，预计2008年将会大获收益而使得台湾厂商的LED产值

大幅成长28%勺达22亿美元，由此台湾占全球LED^值比重由2005年的21%大幅增长至2008年的29%

目前，全球LED产业已形成以美国、亚洲、欧洲三大区域为主导的三足鼎立的产业分布与竞争格局。

美国Cree、Lumileds，日本Nichia、ToyodaGosei，德国Osram等垄断高端产品市场。

美国和日本企业利用其在新产品和新技术领域中的创新优势，主要从事最高附加价值产

品的生产；欧洲企业则利用其在应用技术领域的开发和善于吸收最新技术的转换优势，主要

从事高附加价值产品生产。

我国台湾地区LED产业近年来迅速崛起，其芯片产量及封装产量占据世界第一的位置（世界60%^上），但其产品是以红、黄光芯片及封装为主的中低档产

品。

随着市场的快速发展，美国、日本、欧洲各主要厂商纷纷扩产，加快抢占市场份额。

2004

年，日本Nichia、ToyodaGosei，美国Cree、Lumileds、GelCore等国际著名半导体照明厂商新增投资超过10亿美元。

这五大国际厂商代表了当今LED的最高水平，对产业的发展具有重大的影响。

五大企业

在产品与市场方面各具特色，日亚化学和丰田合成在LED发展中占有重要地位，都形成了

LED完整的产业链，其中日亚化学1994年第一个生产出蓝光芯片，并在专利技术方面具有

垄断优势；Cree、GelCore等都有自己成熟的技术体系，但其在产业链上只集中在外延和芯片的制备上；Lumileds则关注于大功率LED的研发，在白光照明领域实力雄厚。

LED上游产品为芯片、中游产品为晶粒、下游主要为封装应用，日本是LED的主要产出

国家，占全球LED产能一半，台湾约占21%,欧美约占14%;其中又以Nichia为主要白光LED制造厂商，欧美主要厂商为Osram、Lumiled最早切入车用光源，韩国以三星为主，在

台厂一连串扩厂动作，使三星从原本芯片制造转型为下游封装。

欧美及日本对前段荧光粉专利授权日趋软化，转向注重后段封测专利，使得欧洲的蓝光

晶粒产能减少（参见表2-1）,06年YOY衰退14%美日两国06年YOY虽成长10%左右，仍低于全球平均成长率12.89%，亚洲国家将可直接受惠；03年开始台湾在蓝光晶粒扩产能力

高于其它国家，且在制程技术优于中国及韩国，国际大厂释出的订单，将大部份流入台湾。

表1国际主要LED企业竞争格局

企业

产业化情况

市场应用

1.自制MOCVD设备近200台，主要

1.产品应用广泛，几

是单片型。

乎所有与GaN-LED

日亚化学

2.所用衬底主要是蓝宝石。