白光LED照明技术进展及产业和市场现状

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白光LED照明技术进展及产业和市场现状

沈培宏

(华东电子集团公司,南京210028)

摘 要:半导体照明是本世纪最具发展前景的高技术领域之一,白光LED将成为21世纪的新一代光源 第四代电光源,可以替代白炽灯、荧光灯和高压气体放电灯等传统光源,白光LED孕育着巨大的商机。该文阐述LED的基本原理、特点和发展及应用前景,并介绍白光LED的市场和产业现状。关键词:白光LED;半导体照明;发光二极管;固体光源

0 前言

对于一般照明而言,人们更需要白色的光源。1998年发白光的LED开发成功。白光LED的发光效率正在逐步提高,商品化的器件已达到白炽灯的水平,实验室的白光LED发光效率接近荧光灯的水平,并在稳步增长之中。由于它还具有无污染、长寿命、耐震动和抗冲击的鲜明特点,故白光LED是LED产业中最被看好的新兴产品,在全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下,白光LED在照明市场的前景备受全球瞩目,欧、美及日本等先进国家也投入许多人力,并成立专门的机构推动白光LED研发工作。它将成为21世纪的新一代光源 第四代电光源,以替代白炽灯、荧光灯和高压气体放电灯等传统光源,白光LED孕育着巨大的商机。

自从50多年前出现发光二极管LED以来,人们一直在努力追求实现固体光源,第一个商品化二极管产生于1960年。LED是英文lightemittingdiode(发光二极管)的缩写,随着发光二极管LED制造工艺的不断进步和新型材料(氮化物晶体和荧光粉)的开发及应用,使得发光二极管从信号显示逐步成为照明光源,从单色(各种单一色彩的光)发展到白光;发白色光的LED半导体固体光源性能不断完善并进入实用阶段。白光LED的出现,使高亮度LED应用领域跨足至高效率照明光源市场。曾经有人指出,高亮度LED将是人类继爱迪生发明白炽灯泡之后,最伟大的发明之一。

随着LED的亮度逐年提高,过去只能在室内使用的各种显示功能,逐渐扩大到各种户外应用。很多过去只能使用灯泡的场合,多了一种选择光源的机会。就整体而言,LED依然以单色显示应用为主,虽然其中不乏使用LED有效地取代灯泡的例子,如手机和数码相机的LED闪光灯、车用尾灯、刹车灯、红绿灯,甚至近年来常见的地埋灯或建筑景观照明等应用,然而,应用的主要类型,都仍属于显示范畴,

而不是一般照明。

目前LED的实际应用范围仍仅限于所谓的特殊照明,离一般照明应用还有一段距离,究其原因,其实是白光LED的效率和价格的改善速度太慢,故极需各国政府大力投入支持,才能加速研发步伐。可喜的是许多国家政府成立国家级计划,结合产学研的研发力量,投入巨资,这将有希望加速相关技术的发展,使下一代照明光源得以早日实用化,日本、美国、韩国和中国相继出台了国家级白光LED计划。

我国的LED国家级推动计划预计费时15~20年,与长江三峡电厂相同,花费长江三峡电厂建设经费的5%,但预计效益可节省大陆30%照明用电,相当于一座长江三峡电厂的发电量。该计划分近期、中期和远期投入,近期计划名称为 中国国家半导体照明工程 ,为期二年(2003 2005)国家投入经费为12000万元;中期规划将实施于国家的第十一个五年计划中(2006 2010),以一个平台两条链(研发+产业)为主体,产业界的研发目标为100lm W,研究所为120lm W,市场价格目标为0.05人民币 流明;远期方面,预定国家固体照明战略,将于2020年前投入经费50亿~100亿人民币,研发目标为160~200lm W,市场价格目标为0.015人民币 流明。

1 原理和结构

LED是一种由半导体技术制成的电光源,是继20世纪50年代半导体技术开发后,逐渐由 - 族化合物半导体发展而成。LED的发光原理是利用半导体中的电子和空穴相结合而发出光子,与传统使用电阻加热发光的灯泡,或者真空管放电的日光灯是根本上不同的。

LED的基本结构是一块电致发光的半导体材

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所谓白光是多种颜色混合而成的光,以人类眼睛所能见的白光至少要由两种颜色的光混合而成,如二波长光(蓝色光+黄色光)或三波长光(蓝色光+绿色光+红色光),1998年发白光的LED

开发成功。

料,置于一个有引线的架子上,然后四周用环氧树脂密封,起到保护内部芯线的作用(见图1)。所以,LED的抗震性能好。发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片,在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层,称为p-n结。在某些半导体材料的PN结中,注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来,从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压,少数载流子难以注入,故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管,通称LED。当它处于正向工作状态时(即两端加上正向电压),电流从LED阳极流向阴极时,半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线,光的强弱与电流

有关。

图2 蓝光LED与YAG黄色荧光粉的组合的白色

LED结构示意图

这种LED是将GaN芯片和钇铝石榴石(YAG)封装在一起做成的,其结构见图2。GaN芯片发蓝光( p=465nm,Wd=30nm),高温烧结制成的含Ce

3+

的YAG荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光发射,峰

值550nm。蓝光LED基片安装在碗形反射腔中,覆盖以混有YAG的树脂薄层,约200~500nm。LED基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收,另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合,便得到了白光。现在,对于InGaN YAG白色LED来说,通过改变YAG荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度,可以获得色温

图1 发光二极管结构图

3500~10000K的各色白光。

经过将近10年的发展,常用来形成白光LED的组合方式有三种,包括:

(1)蓝光LED与YAG(钇铝石榴石)黄色荧光粉的组合;

(2)红 绿 蓝三色LED的组合;

(3)紫外LED与多色荧光粉的组合,其优缺点列于表1,现分别讨论如下。

表1 各种白光LED制造方式之比较

一般人所指的白光是指白天所看到的太阳光,理论上分析后发现其包含从400~700nm范围的连续光谱,就人眼可观察到的颜色,可以分解成红橙黄绿青蓝紫等七种颜色。根据LED的发光原理,一般

LED只能发出单色光,为了让它发白光,工艺上必须混合两种以上互补色的光而成。

对于一般照明而言,人们更需要白色的光源。

产生白光的方式蓝光LED与黄色荧光粉组合

发光效率(lm W)

~80蓝光LED~30

显色性~83

优缺点

优点:成本相对较低,效率高

缺点:显色性较低,颜色均匀性稍嫌不足优点:颜色可随意调整

缺点:供电复杂颜色不均匀,成本较高优点:成本较低,显色性好缺点:效率低

发展机会

小型LED背光源,红色荧光粉效率及均匀性技术有提高余地大型LCDTV背光源必须使用,提高均匀性技术空间大

红 绿 蓝LED组合

绿光LED~43蓝光LED~100平均>80

>90

紫外LED与多种荧光粉组合

~4085~92提高效率空间大

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止目前为止,YAG荧光粉依然具有最高的蓝光LED转换效率状态似乎难以有所突破。

1.2 使用红 绿 蓝三种LED晶粒组合的方式

从目前的最佳报告数据来看,各颜色的发光效率分别为:蓝光LED~30lm W;绿光LED~43lm W;红光LED~100lm W,组成白光后的平均效率大于80lm W,而显色性可达90以上。此种白光LED的最大优势是,只要配合适当的控制器个别操控各色LED,很容易让使用者随意调整喜好的颜色,这是其它光源无法提供的特色,因此,已成为舞台、咖啡厅或讲究声色场所等特殊照明应用者的最爱。

近来因红 绿 蓝三色LED的组合色饱和度很高,逐渐受到大型LCDTV背光源需求所重视,各国相继开发LED背光源LCDTV,如最近液晶82英寸液晶面板用LED背光源由美国欧司朗光半导体(OSRAMOptoSemiconductors)开发成功,并在 2005年显示信息学会(SID2005) 上举办的展览会上首次公开了样品。总计使用了1120个LED,其中包括红色和蓝色LED各280个以及560个绿色LED,配合使用散光板与散光膜,实现了10000cd m的亮度。欧司朗光半导体计划向背光源装置生产商推销这次的82英寸背光源所使用的LED模块。据称2005年6月即可供应样品。2005年9月开始批量生产,2006年初正式投产。此外LG飞利浦、韩国三星和日本日立分别在今年的 2005年显示信息学会(SID2005) 上发表了LEDTV的LED背光源新技术,达到了CCFL无法达到的优异性能和新功能。预计其未来随LCDTV进入家庭的潜力极大。1.3 紫外LED与多色荧光粉的组合

第三种白光LED是使用紫外LED与多种色荧光粉组合而成,其概念与日光灯相似,由于紫外线光子的能量较蓝光还高,可激发的荧光粉选择性增加,无论是那种颜色,荧光粉的效率大都随激发光源波长的缩短而增加,尤其是红粉。这种LED封装方式和第一种LED完全相同,成本相同,但因为所有白光都来自于荧光粉本身,紫外光本身未参与混光,因此颜色的控制较第一种LED容易得多,色彩均匀度极佳,显色性根据所混合的荧光粉数量和种类而定,通常控制在90左右。然而,这种白光LED最大的问题在于效率相对偏低,主要原因在于所使用的紫外LED效率偏低,许多研究结果表明,GaNLED效率对波长变化时,在400nm时达到最大值,低于400nm后效率急剧下降;此外,因为前后两个光子的能量差

2

1.1 蓝光LED与YAG黄色荧光粉的组合方式

目前最常见的白光LED制作方式,主要是使用蓝光LED和YAG黄色荧光粉组合合成,由于此种组合的制作简易,在所有各种白光LED组合中,成本最低而效率最高。大部分白光LED都以此种方式制成,目前实验室的白光LED雏形品的世界记录为82lm W,由美国Cree公司于2004年10月在Intertech主办的LED国际会议上发表,与日光灯的发光效率属同一水准,而一般白光LED商品的发光效率也在30~50lm W之间,为传统灯泡的2~3倍,见图3。虽然这种白光LED效率指标同时受蓝光LED和荧光粉两者的影响,然而荧光粉的效率提高不大,近年来提高的动力主要来自蓝光LED的贡献,详细探讨见下节说明。

经过实际使用后,此方式制作的白光LED的最大不足是显色性偏低,最大仅为83左右。经分光分析法精密测试,发现主要是因为荧光粉在红光区域的光度太弱所致。虽然目前白光LED商品的发光效率为传统灯泡的2~3倍,但若要在一般照明中取代灯泡,除了价格之外,其显色性和暖色性仍有待提高,目前一般照明应用不选用日光灯,而使用灯泡的最大原因就在于选择其优异的显色性和暖色特性。因此,寻找和添加高效率红色荧光粉以提高显色性,是研发LED的主要课题之一。

另外,这种白色LED因为其色温均匀性不佳还常常造成使用者的困扰。以眼睛观察时,很容易在一堆白光LED元件里,发现每一只的颜色都有不同,甚至,同一只LED以不同角度观察时,也可发现其色温有所差异。这是因为此种LED所发出的蓝光直接参与混光,在生产白光LED当中所用的蓝光LED发光量,以及所添加的荧光粉数量,都有自然的误差值,此误差事实上就足以被我们灵敏的眼睛所察觉。因此,提高荧光粉添加的控制精度,也是生产改善方面的重要课题。

就整体而言,由于这种白光LED的特点,应用面逐年扩大,尤其在小型彩色LCD背光源,大量使用于手机、PDA、数码相机中,或者直接组成手电筒、照相手机的闪光灯等消费性产品。由于日本日亚公司拥有该组合方式的多国专利,即使有少数公司与其交互授权,但是这一市场事实上非常接近独占的状态,价格居高不下,若以单位发光量的成本计算,其价格几乎为传统灯泡的100倍左右。虽然近来世界各地投入荧光粉的研发逐渐增加,荧光粉的数量繁多,截

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LED全面替换日光灯管的效应。若从发光效率来看,白光LED一旦跨过60lm/W(相当于20W日光灯管)的门槛之后,白光LED照明灯具便会开始迅速普及化。未来3~4年若技术突破至80lm/W,再加上单价持续下降趋势推断,自2006 2007年起,白光照明将渐渐普及至一般家庭的各种照明灯具,未来若能将成本降至0.01美元 lm,预计将可完全取代现有照明市场。

此外,在面板光源部分,传统的CCFL所占空间较大、重量较重,而且需要有逆变器(Inverter)的装置,不合乎移动产品的需要,因此,LED即成为目前手机光源的唯一选择。早期于手机面板所使用的LED型态以黄绿光LED为主,直到1999年底日本NTTDoCoMo推出I-Mode彩色屏幕手机,才开启白光LED于手机应用,加上未来移动通讯产品全彩化后,所使用的显示面板将是Color-STN或TFT-LCD的天下,在亮度、色度的搭配上,更是非白光LED莫属,因此彩色手机市场成长带动白光LED市场需求已经确定。

目前大多数移动电话产品所采用的LED灯数约在2~4个,全彩手机在彩色面板、按键上更需要用到6~8只白光LED,以全球手机市场规模约为4亿只为基础,若以未来50%实现彩色化进行估算,则将有近15亿只市场。以目前全球白光LED生产规模来看仍严重供不应求,未来仍有宽广的成长空间。

除移动电话外,PDA则将是白光LED另一个发展区域,虽然白光LED在耗电方面的数值仍高于CCFL,但考虑轻薄、短小趋势后,白光LED光源后势仍较看好,故SONY等公司已在其产品采用白光LED为背光源,类似PDA规模的产品应用也会陆续出现。

此外,近年大幅成长的数码相机部分,由于白光LED已开始用于手机附数字相机的闪光灯,今年手机附数字相机比重约15%,明年则预计将提升至20%,如以闪光灯约需三至四只估算,则一年需求量约2.7亿~3.6亿只。2.2 白光LED市场概况

据统计,白光LED在2001年的使用量,约为2亿个,2002年估计有62亿个的使用量,2003年则大幅提升到12亿个。而产值部分,根据StrategiesUn-limited的统计,日本大型车灯厂小系(Kohido)估算,到2008年所有的新车都会以LED作为车灯。

在照明市场方面,根据Frost&Sullivan的预估,

为自然能量损失,由于紫外光转换为红光时,其能量损失比从蓝光转换者高10%~20%,这也会影响整体效率。目前这种白光LED商品比较少,使用的紫外LED在380~400nm左右,其最终效率只有第一种白光LED的一半。

2 白光LED的应用与市场规模

2.1 白光LED的应用

自20世纪90年代陆续开发出磷化铝镓铟(A1GaInP)与氮化镓(GaN)等二种材料后,长期以来,可见光LED发展趋势主要以高亮度化、全彩化及白光技术为主,虽然相关技术专利多由日本大厂掌握,不过由于其应用层面相当广泛,且很具市场规模,因此在各国纷纷投入后,已突破垄断。至于其主要应用层面如下。

1)汽车方面

汽车车内照明的应用是LED大力发展的重点之一,目前已使用在仪表板背光源、开关指示灯、功能指示灯及第三煞车灯等辅助光源,并扩大用途至门灯、阅读灯、照明灯、方向灯、尾灯等开发。此外,BUS为另一个新应用市场,使用的灯具有标示灯、煞车灯、转弯灯、尾灯等,由于LED具有使用寿命长、维护成本低及节省电力的优势,高功率、高亮度LED于汽车市场的应用应有相当大的发展空间。

2)交通信号

由于LED较白热灯具有节约能源价值,且因多集结为一个信号灯,不似单一灯泡故障后功能全无而影响交通安全,因此在交通信号灯上的使用渐趋普遍,在我国推展LED交通信号灯已十余年。由于交通信号需面对严苛的户外气候条件,LED具有省电、寿命长、维修频率大为减少等优点,取代传统灯泡应用交通信号应是未来趋势。

3)照明应用

白光LED具有发热量低、耗电量小、寿命长、反应速度快、体积小、可平面封装等优点,而就发光效率约30lm W来看,已超过传统灯泡(效率15lm W),而距荧光灯管(效率80lm W)尚有一段差距,再加上照明设备发展已超过百年,其价格早已相当普遍化,因此相关厂商大量投入技术研发。

根据照明器材业者观察,若白光LED以1lm每只单价为基础,当降到40日元时,将进入一般家庭的户外照明;当降到20日元时,可望进入家庭室内、走廊的灯具市场;当降到10日元时,将会出现白光

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虽然早期的白光LED受制于日亚化学在蓝光的专利,进展并不顺利。不过各国在材料以及工艺技术的研发上仍积极研发投产,其中仍是以美、日大厂较为积极,因此未来5~10年美、日仍是白光LED的领导者。

为了规避日亚化学的专利,各国厂商多往三波长紫外光加上荧光粉发出白光之技术发展,而紫外光LED以美国Cree技术层次最高,其发光效率已达82lm W。若以紫外光专利数来看,目前研究紫外光LED专利数目最多的是日本,以ToyodaGosel和Nichia发展的最积极,紫外光LED的专利数分别为15件和11件,在白光亮度领先的机会最大。

相对于美日两地,韩国厂商相对也有产能扩充计划。其中LGInnotek的蓝光生产线由2001年的150万只 月扩增至2002年的450万只 月;SeoulSemiconductor,则于去年下半年启用蓝光LED生产线,营收比重将由10%提高到80%;光电子预计自5月起将蓝光生产线倍增至600万个 月。

至于台湾业者部分,由于蓝光LED去年的流行,目前台湾投入GaN蓝绿光外延晶生产的厂商共有17家,其中以上市的国联、晶电和灿圆规模较大,根据统计,至2002年底台湾厂商光晶粒的量产高居全球第二位,仅次于日本,因此成为2002年蓝光LED热潮下的主要受惠者。

根据光电协进会统计,至去年年底,台湾MOCVD机台密度最高的地区,其中四元机台有77台、氮化物机台88台、LD和HBT机台50台,若以氮化物机台推估,台湾蓝绿光LED的全产月产能4~5亿只,但去年的产出只有2.1亿只,虽然较去年初的1亿只有相当大的成长,但仍显示出蓝绿光LED的生产量仍低。

目前台湾在可见光LED部份全球总产值市占率约二成,根据光电协进会统计,台湾LED下游封装产值受到蓝光手机热卖影响,在2002年达到新台币231.7亿元,年成长率高达33.8%,同时台湾蓝光LED晶粒月产量也达到21000万只,占全球26%市场,仅次于日本的41%,位居世界第二位,已在全球传统LED市场上占有极重要的地位,在面对高亮度蓝、白光LED庞大的市场潜力,厂商态度更是积极。过去由于日亚化工对InGaN系LED技术授权障碍,导致业者即使具备量产高亮度蓝、白光LED的能力,仍得避开日本市场。

不过日亚化学在白光LED的晶粒、荧光粉比例、

2000年白炽灯泡及日光灯的全球市场规模约为43亿美元,每年成长率约为5%,是2000年全球可见光LED市场规模的2.5倍左右,照明市场的发展空间颇大。再根据ReedElectronicsResearch统计,1999年全球白光LED市场有8800万美元的市场,2000年则已成长至1.18亿美元的规模,至2003年皆会保持40%左右的成长速度,并可达到2.7亿美元的市场规模,预估2005年市场规模将成长至3.95亿美元,且年平均复合成长率达39.6%,显见此一照明市场具有相大的成长空间。

此外,富士总研办统计指出,2001年全球白光LED生产个数达247000千个,产值达154百万美元,2002产量年成长率则达到55.5%,产值年成长率则为52.6%。依应用产品加以区分,则高达94.7%是应用于移动电话外市场。而从今年开始,全球白光LED亦会有显著成长,从去年的190亿日元增加到今年的254亿日元,2004年则会成长到350亿日元,2005年达到480亿日元。平均单价则是呈现缓慢下滑,从去年的79日元,到2005年下降到68日元,约为蓝光LED价格的2倍。

台湾在全球LED的产值方面,其下游产值居全球市场占有率第一,中游则位居第二,但在上游方面,由于无法掌握关键技术,因此在专利权上始终受制日商影响,居全球市场占有率较低,台湾在1997年成功开发白光LED、近年来具有白光面光源等专利权33项,目前正在审查之专利计11项,不仅突破日本长期掌握的白光LED专利权,其白光的品质及效果比起日亚来说,甚至有过之无不及,对提高台湾光电产业的国际竞争力有重大贡献。

3 LED产业现况及厂商投入概况

LED的产业链亦可区分成上中下游三大区域,LED上游外延芯片制作,是将一层或多层单晶层成长于单晶基板上,透过化合作用(主流技术包含LPE、VPE及目前最为先进且重要的MOCVD技术),形成含有多种化学元素累积的芯片,形成外延芯片。

中游则是将外延芯片进行金属蒸镀后,制作出LED两端的金属电极,之后在外延芯片上进行光罩蚀刻及热处理,接着将基板磨薄、抛光后,再切割崩裂成单只的LED晶粒。

下游技术层次较低,为封装晶粒,制成各式LED成品,如指示灯、数字显示器、点矩阵显示器、红外线发射器等产品。

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红外LED,并取得很多研究成果,均已达到产业化水平。

经过十几年的努力,到目前已形成年产30亿只普通LED芯片的能力,并在后工序封装、LED应用以及配套等方面形成普通LED产品的产业链。从20世纪90年代开始,由于AlGaInp红、橙、黄色超高亮度LED及GaN基蓝光LED的出现,国内更多的高校、研究所加入研究开发的行列,特别是近几年有很多有实力的企业投入超高亮度及白光LED行业,逐步形成现在的发展状况。据初步了解,国内从事LED产业的单位超过400家(外商除外),从业人员超过5万人,其中技术人员超过5000人。2002年LED产量超过150亿只,产值超过80亿元;2003年LED产值超过100亿元,产量约200亿只,其中超高亮度LED有几十亿只。近几年LED的发展速度超过30%,其中超高亮度LED的发展速度超过50%。

自中国改革开放以来,境外不少LED企业投资我国,初步估计这些与LED相关的企业已超过100家,对我国LED产业的发展起了很大的推动作用。他们的加入也使这一行业的竞争更为激烈,从而加快了LED产业的发展进程。随着中国改革开放政策的进一步实施,世界LED产业的制造部分,有可能在今后若干年内大量投资我国,尤其是日本、韩国等国家和地区,大举投资我国LED产业的可能性更大,加上我国LED产业的自身快速发展,我国有可能成为世界LED产业的主要基地之一。

超高亮度LED主要指AlGaInP的红、橙、黄色LED,GaN基蓝、绿、紫和紫外光LED,在20世纪90年代,我国部分高校及研究机构已投入这些领域进行研究、开发,并与企业合作,开展产业化工作,取得了可喜的成绩。到目前为止,国内四元系AlGaInP的红、橙、黄色芯片已经可以批量生产,估计每年可提供8亿~10亿只,GaN基蓝、绿色芯片已可以小批量生产,估计每年可提供3亿只左右,白光LED(小功率)封装产品已批量生产,芯片以进口为主,估计年产约为5亿~8亿只。

4.1 超高亮与白光LED前工序取得初步进展

20世纪90年代,国际上对四元系AlGaInp和GaN基的研究获得了超高亮度LED,与此同时,我国部分大学及研究机构也投入该领域进行研究和开发。在高校、研究所和企业之间,合作形式从产学研结合,也有转让科技成果。经过多年的努力,取得很多可喜的成果。

制程等方面专利,经过近年来与各国厂商的多次诉讼以及相对不利于日亚的判决后,近几年技术已逐渐突破,早期业者投入此领域的努力终于有成果,如上游的国联、晶元;中下游的光宝、华上、李洲、宏齐等都陆续量产蓝白光产品。

白光LED主要是以蓝光LED加上荧光粉制造而成,荧光粉的专利掌握在美国的Gelcore,欧洲的OSRAM和日本的日亚化学(Nichia),这种铁三角的局面将因OSRAM的授权而打破。目前白光LED大厂亿光是台湾第一家可以合法供应白光LED的厂商,其取得授权的进度最快,因此将成为白光LED的最大受惠者。

此外,由博达科技与日本住友合资的博友光电开发出ZnSe白光LE-D,已在6月量产,9月出货,月产能360万只,成为全球第一只发白光的LED晶粒。博友规划初期的产能规划是今年底前达到360万只,明年上半年则可达到1000万只。

此外,另一大厂宏齐自9月开始将大量替OSRAM代工白光LED,且RGB混成的白光LED主要作为数字相机的闪光灯和中大型LCD背光源,藉以区隔蓝光LED加上荧光粉混成白光LED的市场,目前出货量已出现明显成长。至于东贝白光LED也开始小量出货,其出货量可以从目前每月200万只,到明年8月做到2000万只。

4 国内超高亮灯与白光LED产业

国内LED产业的发展从20世纪70年代开始,早期由中科院长春物理所、厦门大学物理系、中国电子科技集团公司第13所、浙江大学等几个高校、研究所开展研究工作,当时原电子工业部重点扶植七四六厂(南昌)、苏州半导体厂和长春半导体厂等几个重点企业。这些单位主要以GaP、GaAlAs材料为主,开展气相、液相外延生长,芯片制造和后工序环氧封装,他们做出了以GaP为主的红、橙、黄、绿色LED,并开发出GaAlAs高亮度红、橙色LED。在应用上开展各种显示器的研发,能基本满足国内仪器仪表、设备和各种显示器的要求,特别在屏幕显示方面,做了很多拓展应用的工作,开发各种大、中、小屏幕显示器,这些产品能满足各种不同要求的屏幕显示用途,并逐步形成一支强大的队伍。在红外LED方面,有中电科技集团公司第13所、上海冶金所、中国电子科技集团公司第44所等单位进行研究开发,主要是以GaAs和GaAlAs材料为主,开发出多种近

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这里指的是主要原材料和配套件,如金丝、硅铝丝、环氧树脂、银浆、支架、条带、电镀、塑料框架和各种塑料件、封装模具、各种金属件及工夹具等。据了解,这些配套企业已超过200家,主要分布在珠江三角洲和浙江省宁波市及其周边地区。4.5 荧光粉

白光LED目前主要材料还有荧光粉,有用蓝光激发的黄、绿色荧光粉、红色及绿色荧光粉,还有用紫外光激发的三基色荧光粉。虽然目前广东、浙江有几个企业也在提供,但其性能和使用寿命有待提高。国内有些有实力的企业,如厦门通士达公司正在努力研发相应的产品,中科院长春物理所、北京有色院、北京大学化学系均对荧光粉做了很多工作,相信经过他们的努力一定会出现性能更好的荧光粉,为LED白光照明产业化做出贡献。4.6 超高亮及白光LED封装存在的问题

超高亮及白光LED封装存在3个主要问题,其一,封装企业数偏多,企业规模偏小,几个有一定实力的企业,年封装能力也只有2亿~4亿只。而只有年封装能力达到每年10亿只以上,才能参与国际市场竞争。其二,目前超高亮度LED芯片主要依靠进口,高档次、性能较好的芯片很难购进。大功率LED封装刚处于开发阶段,主要是苦于没有大功率LED芯片,很难在封装上有所突破。其三,对于封装白光LED来说,目前几种荧光粉性能有待尽快提高。

4.2 超高亮及白光LED后工序有发展潜力

国内LED产品的后工序封装能力应该说是很强的。据初步了解,国内有LED封装厂300家以上,其中很多厂家为私营企业,规模较小,分布相对集中,例如,在珠江三角洲一带,LED封装厂就超过100家,整体封装能力每年超过200亿只。国内超高亮度及白光LED,2003年封装数量估计为50亿只左右,其增长率超过50%,LED加工出口的量也很多,每年至少有几十亿只出口。4.3 后工序封装情况

国内LED封装的能力较强,封装的品种也较全,可封装各种外形尺寸和不同颜色的LED显示器件,包含各种单管、复合管、数码显示器、专用显示器、背光源和SMD器件等。大部分企业均可封装AlGaInp超高亮度红、橙、黄色LED,而对需要一定投入和技术支持的GaN基蓝、绿色及白光LED,只有部分实力较强的企业可以封装,总体来说,白光LED的封装技术有待提高。

从封装企业的规模来看,很多封装企业投资较少,规模偏小,以手工设备为主。封装LED的质量和一致性较差。具有一定实力的后工序封装企业,投资较多,具有一定规模,一般都配备全自动装片机、全自动压焊机、全自动封装设备、全自动测试设备,还有几家已配备SMD全套自动封装设备,这些企业封装出来的LED产品的质量、一致性和可靠性很高,是国内封装企业的主力。

据了解,已有部分有实力的企业正在开展功率LED和白光LED封装的研发工作,并取得了一定的成果。这将为LED白光照明产业的发展起到推动作用。

4.4 LED封装的配套件

国内为LED封装的各种配套能力也是很强的,

参考文献:

[1] 沈培宏.白光LED技术进展[J].光电技术,2005(1):1[2] 裴虹.汽车中的LED光源[J].光电技术,2005(1):11[3] 裴虹.白光LED工艺技术趋向[J].光电技术,2005(3)[4] 沈培宏.半导体照明简述[J].光电技术,2005(3)

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难。采用的快启方式,二者都要兼顾,本文提出的控制方式是可行的,具有一定的实用价值。

dischargeandTransitiontotheThermonicArc,JournaloftheIlluminationEngineeringSocietySummer1991

[3] 邓国扬,王朝栋,胡解生.电子镇流高强度放电灯的启

动和保护方式[J].中国照明电器,1992(5)

[4] 沈维国译,陈大华校.紧凑型金属卤化物灯温升阶段温

度随时间的变化研究,1996

[5] 高季荪.高强度气体放电灯的热启动电路[J],中国照明

电器,2003(4)

参考文献:

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[2] W.W.Bysxewski,A.B.Budinger,andY.M.Li,Glow

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