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1、.LED产业概述1、LED简介LED是半导体发光器件（Light Emitting Diode）的英文缩写，新照明光源的LED产品由于节能环保，应用越来越广泛。半导体照明的实现方式是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，它们之间形成的过渡层叫PN结，当PN结加正向电压时有电流注入，电子和空穴复合而发光。发光二极管是由-族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数
2、载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图1所示。图1 LED的发光原理假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面数m以内产生。理论和实践证明，光的峰值波长与发光区域的半导体材料禁带宽度Eg有关，即1240/Eg（mm）式中Eg的单位为电子伏特（eV）。若能产生可见光（波
3、长在380nm紫光780nm红光），半导体材料的Eg应在3.261.63eV之间，比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。2、LED的优点目前技术条件下，LED已经显示出了众多的优点。一是寿命超长，业内公认的平均值达为10万小时，可期望目标将会达到25万小时；二是色彩丰富，LED已经实现了多个波长的单基色，有红、琥珀黄、黄、绿、蓝等，基本满足了应用领域对LED色彩的要求，随着更多新材料的开发，还会实现更多的基色及至全彩色；三是稳定可靠，在LED的寿命期内,LED差不多都能稳定的工作,维护工作量极小；四是电气安全性高,LED
4、一般工作在低电压(6-24V)、小电流(10-20mA)情况下,属弱电级工作器件,有较好的电气安全性能；五是节能环保效率高,在同等亮度下,LED的耗电仅为普通白炽灯的1/10,而且不存在有害金属汞污染等问题,符合社会发展趋势；六是应用灵活性好，LED可进行低压供电，也可110V/220V电源供电，加上单粒LED的体积小(芯片更小，只用3-5平方毫米)，大大方便了工程应用；七是受控制能力强,现有的技术已经可以实现LED的亮度、灰度、动态显示、分布控制等，是其它发光装置无可比拟的；八是抗震性能优越，LED的坚固、耐震、耐冲击性能都超过了目前所有其它类型的电光源产品；九是响应速度快，LED的响应速度
5、在毫秒级，可以自如有效地应用于显示屏、汽车刹车灯、相机闪光灯等；十是显色性能良好，白色LED目前的显色指数Ra达到了70以上,色温范围从3600K到11000K（随荧光粉不同而变），而且已经获得了实验室提高的方案；另外还有亮度高、无干扰、方向性好等等也是十分有用的优点。在功率、效率等指标上，2007年2月11日新华网报道，武汉光电国家实验室（筹）微光机电系统研究部和华中科技大学能源学院，采用具有中国自主知识产权的技术，成功封装了功率高达1500瓦的LED光源，这是目前世界功率最大的LED光源，而在深圳“2007LED技术论坛峰会”上，亿光电子工业股份有限公司（全球光电子产业领导厂商）则展示了高
6、亮度LED的最新技术，并宣称他们已经成功地开发出了100(lm/W)的高效率、高亮度LED，有人预计，LED的最终发光效率可以达200(lm/W)，而目前大部分家用照明采用的白炽灯,其光效约为8(lm/W)。总之，随着技术的发展，LED的优点会越来越突出，应用范围会越来越广、应用的程度会越来越深入、应用规模会越来越大。照明行业已经经历了三代产品，他们分别是第一代电光源：白炽灯（卤钨灯）、第二代电光源：荧光灯（日光灯、节能灯）和第三代电光源：高强度气体放电灯（HID），目前正在向第四代电光源半导体照明（LED）发展。LED晶片的体积很小，通常只有几十到几百微米见方，属于固态光源，选择适当匹配的材
7、料和制造工艺，电能大部分可转变成光能，理论上发光效率可达400lm/w，目前LED实验室最大发光效率为157lm/w。LED是一种新型固态冷光源，它具有高效、节能、环保、使用寿命长、易维护体积小、响应快、可靠性高等特点。在同样亮度下，耗电仅为普通白炽灯的1/10，荧光灯的1/3，而寿命却可以延长100倍，半导体照明是21世纪最具有发展的高技术领域之一，未来半导体灯将逐步替代白炽灯和荧光灯。通过对比前三代产品的特点和优劣势就可以看出半导体照明强大的生命力。如表1反映了LED产品与其他照明产品的区别。表一 各代照明产品性能对比第一代第二代第三代第四代白炽灯卤钨灯日光灯紧凑型节能灯高效荧光屏HIDL
8、ED发光效率（lm/w）81530306055806080目前157，理论400寿命（小时）200050060008000600080006000800010003000100000体积大大大大大大小环保性能较好较好含汞、铅，有污染难以回收较好绿色环保3、LED的分类及用途LED早已从最早的指示灯发展到照明领域，照明通常划分为通用照明和特殊照明两大领域。随着LED发光效率和光强的不断提升，LED已经向特殊照明的纵深发展，并逐步进入通用照明领域。LED的应用范围主要由LED芯片发光强度（mcd，毫坎德拉）和发光效率（lm/w，流明/瓦）决定。发光强度越大、发光效率越高，则运用越发广泛。可将LED
9、芯片按发光强度分为普通亮度LED、高亮度LED和超高亮度LED，发光强度<10mcd为普通亮度，10mcd100mcd间的为高亮度，达到或超过100mcd的称超高亮度。普通亮度主要用于指示灯；高亮度用于特殊照明；而超高亮度则可以进一步用于通用照明。如表2所示。表2 LED的分类分类发光强度用途具体普通亮度<10mcd指示灯仪器仪表的指示光源、LED发光点阵组成的小型字符或数字显示器，用于计算器、测试仪器、指示牌等电子设备上高亮度10mcd-100mcd特殊照明全彩显示屏、交通信号灯、汽车车灯、背景光源、景观照明、特种工作照明（如强调安全生产、特殊用途的矿灯、警示灯、防爆灯、救援灯、
10、野外工作灯等）、军事及其它应用（玩具、礼品、轻工产品等）超高亮度>100mcd通用照明各种民用及工业用照明替代现有白炽灯和荧光灯从发光效率看，LED有着前三代照明产品无法比拟的优势，LED理论上的发光效率可以达到400lm/w，目前量产的水平是70-90lm/w，实验室的水平是120lm/w左右。而前三代产品的发光效率分别是从8-80lm/w不等。发光效率越高也就意味着达到同样照明效果的功率降低，其优越性也就愈发表达。目前LED已经从早期的指示灯发展到交通信号灯、汽车车灯、背景光源、景观照明、特种工作照明、军事及其它应用（玩具、礼品、轻工产品等），一般照明已经开始起步。鉴于LED的自身优
11、势,目前主要应用于以下几大方面:（1）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；（2）汽车工业上的应用为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
12、开始在汽车上安装高位刹车灯。由于LED响应速度快,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汽车尾灯模组可以随意组合成各种汽车尾灯。此外,在汽车仪表板及其他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。（3）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
13、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。现阶段手机背光源用量非常大,一年要用35亿只LED芯片。(4)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mcd,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
14、源，相当于五个1.35×106KW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。(5)其它应用例如一种受到儿童欢迎的闪光鞋，走路时内置的LED会闪烁发光，仅温州地区一年要用5亿只发光二极管；利用发光二极管作为电动牙刷的电量指示灯，据国内正在投产的制造商介绍，该公司已有少量保健牙刷上市，预计批量生产时每年需要3亿只发光灯；正在流行的LED圣诞灯，由于造型新颖、色彩丰富、不易碎破以及低压使用的安全性，近期在香港等东南亚地区销势强劲，受到人们普遍的欢迎，正在威胁和替代现有电泡的圣诞市场。4、LED
15、产业链LED产业链分为上、中、下游，上游是外延片生产、中游是芯片生产、下游是指封装业。其中上游外延片生产的技术含量最高，投资也大，其次是中游芯片，下游封装行业低端进入容易。但事实上，目前封装对于高亮度芯片的散热、发光提出了更高的要求，技术上的要求和重要性也越来越高。行业呈现出上中游企业数量相对较少，而下游企业众多的金字塔形态。综合而言，全球LED核心器件业发展迅速，外延片、芯片、显示屏技术、相关硅晶体等半导体材料生产等技术具有明显的进步。高亮屏、GAN芯片、多芯片技术、各类色光技术等均是近几年LED核心器件业成长的代表成果。如图2所示。图2 LED产业链上游（外延片）下游（封装）中游（芯片）产品类别：1、GaN基外延片2、(PALAsGa)四元外延片投资规模：1亿元以上、6000万元以上产品类别：1、蓝绿芯片、2、红黄芯片投资规模：5000万元以上、3000 万元以上产品类别：各种LED灯头投资规模：2000万元以上*;