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1、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
2、，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-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
3、“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Toyoda Gosi丰田合成公司GaN基蓝、绿光LED及白光LED产量很大美国Gree公
4、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Seoul SemiconductorGaN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
5、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150 Lm/w、功率LED在350mA下光效达91.7 Lm/wLumileds公司：功率LED在350mA下光效达115 Lm/w；Gree公司：小功率白光LED在20mA下光效达1331Lm/w、功率LED在350 mA下光效达9
6、51 Lm/w；Elison Opto公司：功率LED在350 下光效为851 Lm/w最高达100 Lm/w；首尔半导体公司：功率LED在350mA下光效达80 Lm/w，最高达1001 Lm/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1080 Lm/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
7、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1001 m/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
8、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Lumileds Lighting 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
9、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
10、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
11、）、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2502530020待添加的隐藏文字内容238026.7其中高亮度LED器件80601205018050LED芯片100661808026044其中高亮度LED芯片2530060140120100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250253002038026.7 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
12、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
13、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5060%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10 mw，芯片成品率达80%。功率LED芯片在350mA下，辐射功率150 mw，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
14、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
15、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6070lm/w,最好可达80lm/w，热阻可控制在10C/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
16、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，
17、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
18、迅速，而且应用产品的产值也增加很多，估计新增产值约200300亿元。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
19、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（1020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、
20、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
21、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
22、：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，
23、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。
