【正文】 全面的運(yùn)用到市場(chǎng)。五、LED的發(fā)光原理 50年前人們已經(jīng)了解半導(dǎo)體材料可產(chǎn)生光線的基本知識(shí)，第一個(gè)商用二極管產(chǎn)生于1960年。LED是英文light emitting diode(發(fā)光二極管)的縮寫，它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個(gè)有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用，所以LED的抗震性能好。 LED結(jié)構(gòu)圖如下圖所示 發(fā)光二極管的核心部分是由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體組成的晶片，在p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過渡層，稱為pn結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)(即兩端加上正向電壓)，電流從LED陽極流向陰極時(shí)，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。邊發(fā)射LED結(jié)構(gòu)截面圖發(fā)光二極管（light emission diode LED）上圖顯示了LED的結(jié)構(gòu)截面圖。要使LED發(fā)光，有源層的半導(dǎo)體材料必須是直接帶隙材料，越過帶隙的電子和空穴能夠直接復(fù)合發(fā)射出光子。為了使器件有好的光和載流子限制，大多采用雙異質(zhì)結(jié)（DH）結(jié)構(gòu)。六、LED的產(chǎn)品性能指標(biāo)分析 發(fā)光二極管（LED）是一種電致發(fā)光的光電器件。早在1907年開始，人們就發(fā)現(xiàn)某些半導(dǎo)體材料制成的二極管在正向?qū)〞r(shí)有發(fā)光的物理現(xiàn)象，但生產(chǎn)出有一定發(fā)光效率的紅光LED已是1969年了。到今天，LED已生產(chǎn)了30多年，回顧過去，它已茁壯成長。各種類型的LED、利用LED作二次開發(fā)的產(chǎn)品及與LED配套的產(chǎn)品（如白光LED驅(qū)動(dòng)器）發(fā)展迅速，新產(chǎn)品不斷上市，已發(fā)展成不少新型產(chǎn)業(yè)。展望將來，還期望更進(jìn)一步地提高。早期的LED主要用于做指示燈。它的發(fā)光強(qiáng)度不高，一般小于1mcd，高的也僅幾個(gè)mcd；另外，發(fā)光效率也不高，；其功率僅幾十mW到上百個(gè)mW（屬于小功率LED）。本文就從發(fā)光強(qiáng)度提高說起。發(fā)光強(qiáng)度及發(fā)光效率的提高作為指示燈方面的應(yīng)用，有幾個(gè)mcd的發(fā)光強(qiáng)度也可以了，但由LED組成的數(shù)碼管或字符管則顯得亮度不足，若要用于戶外作信號(hào)或標(biāo)志顯示，則其亮度太低，不能滿足使用的要求。所以LED的主要發(fā)展方向是提高發(fā)光強(qiáng)度（也就是一般所指的提高亮度）。隨著半導(dǎo)體材料及半導(dǎo)體工藝技術(shù)、設(shè)備的發(fā)展，LED的亮度不斷提高，開發(fā)出高亮度及超高亮度LED，并且不斷創(chuàng)造新記錄。我們用現(xiàn)有的LED資料，以Φ5標(biāo)準(zhǔn)封裝、發(fā)紅光、視角差不多的LED為例，以不同的生產(chǎn)年份的發(fā)光強(qiáng)度來說明LED發(fā)光強(qiáng)度提高的情況，如表1所示。從表1可以看出，近30年LED的發(fā)光強(qiáng)度提高了8000倍左右。1969～1987年LED的發(fā)光強(qiáng)度是很低的，發(fā)展很慢，但1994～2005年LED的亮度有很大的發(fā)展。表1中列出的并非發(fā)光強(qiáng)度最高的。例如，在GaAs的襯低上采用AlInGaP工藝技術(shù)制成的Φ紅光LED，在小視角4176。、50mA工作電流時(shí)，其典型發(fā)光強(qiáng)度為20 000mcd。LED另一個(gè)重要性能指標(biāo)是發(fā)光效率η，用lm/W來表達(dá)。各年份生產(chǎn)的LED發(fā)光效率如表2所示。從表2可以看出，這30多年來，LED的發(fā)光效率提高了250倍以上。19701990年LED發(fā)光效率提高較慢，19902005年則提高較快。例如，Cree公司生產(chǎn)的1W 白光LED XL7090WHT，其發(fā)光效率可達(dá)60lm/W。XL7090WHT是超高亮度、小尺寸封裝的白光LED。XL7090WHT的發(fā)光強(qiáng)度大，電流350mA時(shí)的典型光通量為60lm，在瞬態(tài)脈沖電流700mA時(shí)典型光通量可達(dá)98lm，而目前一般1W白光LED的光通量為30～45lm）；XL7090WHT的發(fā)光效率高達(dá)60lm/W，視角寬達(dá)100176。；封裝尺寸僅為9mm7mm；工作溫度范圍是20～+80℃。由于XL7090WHT發(fā)光強(qiáng)度大、發(fā)光效率高，因此它適用于家庭、商業(yè)或公共場(chǎng)所明、DVD、筆記本電腦、電視機(jī)的彩色顯示屏的背光；廣告燈、路燈及標(biāo)志燈；汽車及運(yùn)輸工具的內(nèi)外照明及數(shù)碼相機(jī)的閃光燈等。從表1和表2也可以看出，LED的發(fā)光強(qiáng)度及發(fā)光效率的提高主要取決于采用的半導(dǎo)體材料及其工藝技術(shù)的發(fā)展。早期的LED主要用GaAs、GaP（二元素半導(dǎo)體材料）和GaAsP（三元素半導(dǎo)體材料），1994年左右采用AlInGaP（四元素半導(dǎo)體材料）后，其發(fā)光強(qiáng)度及發(fā)光效率有很大的提高。另外，在工藝技術(shù)上采用在GaAs襯底上用AlInGaP材料生產(chǎn)的紅光、黃光LED及在SiC襯底上用InGaN材料生產(chǎn)的綠光、藍(lán)光LED，在發(fā)光強(qiáng)度及發(fā)光效率上有較大的改進(jìn)。第二節(jié) LED的應(yīng)用和種類 一、LED的應(yīng)用 目前來看，LED畢竟是一種新的材料和技術(shù)，但這不能否定LED極其廣闊的發(fā)展前景。世界上主要國家紛紛制定自己的LED發(fā)展戰(zhàn)略和照明工程計(jì)劃，美國計(jì)劃在2010年實(shí)現(xiàn)全國50%以上的照 明要采用LED。不僅如此，由于其本身具有的優(yōu)良特性，LED光源在很多領(lǐng)域具有著其他光源無法替代的優(yōu)勢(shì)。而且，就在我們不經(jīng)意中，LED早已悄悄占據(jù)了很多 應(yīng)用領(lǐng)域，它離我們其實(shí)一直都很近。例如，LED最早應(yīng)用是指示燈，因?yàn)槠浜碾娏啃?、亮度穩(wěn)定、使用壽命長，常常被用于電子儀器上或其他機(jī)械上的指示燈， 像電腦開關(guān)、電視機(jī)遙控器上的小小的指示燈都是用LED材料制成。僅從這一點(diǎn)上看來，LED就可以說是無處不在的。美國紐約州立大學(xué)研究LED材料的專家，多年來一直關(guān)注和致力于中國的LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展向我們介紹說，“2010年，全球LED市場(chǎng)將達(dá)到500億美元，中國是600億人民幣，從去年的125億人民幣和今 年預(yù)計(jì)的250億人民幣產(chǎn)值，可以看出，中國的LED事業(yè)正處于穩(wěn)步增長的過程中。但是和世界LED產(chǎn)業(yè)比較發(fā)達(dá)的地區(qū)相比，我們?cè)诋a(chǎn)業(yè)規(guī)模、產(chǎn)能和技術(shù) 上都還處于一個(gè)比較下游的階段，例如中國大陸現(xiàn)在每年的產(chǎn)值約15億美元，不到臺(tái)灣(2004年30億美元)的一半，比不上日本日亞化工一個(gè)企業(yè) (2004年20億美金)?！比绻竭^美國時(shí)代廣場(chǎng)，你一定會(huì)注意到那塊巨大的納斯達(dá)克全彩屏，那就是LED技術(shù)的杰作。90年代初,電子計(jì)算機(jī)技術(shù)和集成電路技術(shù)的發(fā) 展,使得LED顯示屏的視頻技術(shù)得以實(shí)現(xiàn),電視圖像直接上屏,特別是90年代中期,InGaN藍(lán)色和綠色超高亮度LED研制成功并迅速投產(chǎn),使室外屏的應(yīng) 用大大擴(kuò)展,面積在100—、廣場(chǎng)、會(huì)場(chǎng)甚至街道、商場(chǎng)都已廣泛應(yīng)用。另外因其體積小，質(zhì)量穩(wěn)定，顏色鮮明，溫度變化不大等特質(zhì)，是作為手機(jī)液晶顯示屏背 光源的最佳選擇。不僅僅是手機(jī)，我們使用的照相機(jī)、攝像機(jī)、手提電腦和兒童玩具的背光源都已經(jīng)用LED來做，甚至女士用的化妝鏡，鏡子側(cè)面安裝上LED光 源，這樣在晚上或光線很暗的地方都可以用。奧迪轎車?yán)锏娘@示屏，顏色純正，看起來非常清晰、鮮艷，也是用LED做的背光源。由于發(fā)光二極管亮度的提高和價(jià)格的下降,再加上長壽命、節(jié)電,驅(qū)動(dòng)和控制較霓虹燈簡易,不僅能閃爍,還能變色,所以用超高亮度LED做成的單 色、多色乃至變色的發(fā)光柱配以其他形狀的各色發(fā)光單元,裝飾高大建筑物、橋梁、街道及廣場(chǎng)等景觀，目前LED燈飾和景觀燈生產(chǎn)正在逐步形成一個(gè)新的產(chǎn)業(yè)。 “2008年奧運(yùn)會(huì)期間，我國最大的LED市場(chǎng)就是景觀燈市場(chǎng)?！痹诮煌ǚ矫妫覀兠刻熳呗房匆姷募t綠燈，可能您根本不會(huì)想到，這些燈大部分是由LED制成的，這個(gè)應(yīng)用占到整個(gè)LED市場(chǎng)的10%。選擇這種材 料是因?yàn)長ED不僅亮度高，而且光色純度好，不容易被空氣吸收，所以非常鮮明，易于識(shí)別，甚至越來越多的機(jī)場(chǎng)也采用這種材料來做標(biāo)燈、投光燈等專用信號(hào) 燈。1995年開始，廣大的汽車廠商紛紛采用這種耐震動(dòng)、省電、反應(yīng)速度快的光源來做成汽車的剎車燈、尾燈和方向燈，也可以用于儀表照明和車內(nèi)照明。采用LED不僅有經(jīng)濟(jì)上的重要意義，還可以用在許多特定的領(lǐng)域，：“醫(yī)學(xué)上可以用LED制成醫(yī)用燈，日本已經(jīng)用LED燈來促進(jìn)農(nóng)作物生 長，還可以用紫外LED進(jìn)行消毒和空氣凈化。由于其安全可靠，用LED做成的礦燈，沒有火花，不會(huì)引起瓦斯爆炸，大大提高了井下作業(yè)的安全性，另外，由于 其非常省電，所以工人再也不用整天背著又大又重電源工作了，這都是很有意義的。”二、LED應(yīng)用規(guī)模細(xì)分 LED 的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣，包括通訊、消費(fèi)性電子、汽車、照明、信號(hào)燈等，可大體區(qū)分為背光源、照明、電子設(shè)備、顯示屏、汽車等五大領(lǐng)域。 1 、汽車部分：以汽車內(nèi)裝使用包括了儀表板、音箱等指示燈，及汽車外部 ( 第三剎車燈、左右尾燈、方向燈等 ) ，目前歐洲系列車種包括奧迪、寶馬、福斯等品牌全系 列采用高亮度 LED ，而車廠中，豐田汽車也率先將儀表板的背光板換成高亮度 LED ，其他各車廠新車，也在陸續(xù)采用。若再加上前后車燈、剎車燈，交通標(biāo)志等，與交通有關(guān) 的市場(chǎng)，商機(jī)非常龐大。在交通標(biāo)志燈市場(chǎng)方面，全球約有 2000 萬座交通標(biāo)志燈，若每年更新 200 萬座，商機(jī)可延續(xù) 10年。 2 、背光源部分：主要是手機(jī)背光光源方面，是 SMD 型產(chǎn)品應(yīng)用的最大市場(chǎng)。雖然近兩年手機(jī)的增長速度已明顯趨緩，但全年仍有 4 億支水準(zhǔn)，以 1 支手機(jī)要 LED 背 光源 2 顆、按鍵6顆 SMD LED 計(jì)，一年保守 4 億支手機(jī)需求約 32 億顆 LED 。最近韓國藍(lán)色背光手機(jī)風(fēng)潮，使藍(lán)光 LED 的市場(chǎng)供不應(yīng)求，顯見手機(jī)在 LED 應(yīng)用市場(chǎng)中仍占有舉足輕重的地位。繼藍(lán)光手機(jī)后，目前市場(chǎng)已是彩屏手機(jī) 天下。以往彩屏手機(jī)是極高端產(chǎn)品，不過今年主要零組件價(jià)格下滑，使得彩屏手機(jī)和單色手機(jī)的價(jià)差縮小，加上廠商的大力促銷，手機(jī)的換型潮悄然發(fā)生。3 、顯示屏 LED 顯示屏作為一種新興的顯示媒體，隨著大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，得到了飛速發(fā)展，它與傳統(tǒng)的顯示媒體 ― 多彩霓虹燈、象素管電視墻、四色磁翻板相比較，以其亮度高、動(dòng)態(tài)影像顯示效果好、故障低、能耗少、使用壽命長、顯示內(nèi)容多樣、顯示方式豐富、性能價(jià)格比高 等優(yōu)勢(shì)，已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。4 、電子設(shè)備與照明 LED 以其功耗低，體積小，壽命長的特點(diǎn)，已成為各種電子設(shè)備指示燈的首選，目前幾乎所有的電子設(shè)備都有 LED 的身影。 LED 照明已逐漸發(fā)展至商品化的初步階段，唯在使用壽命及價(jià)格上仍有改進(jìn)空間。按照廠商預(yù)測(cè)，最快在 2004 年，白光 LED 發(fā)光效率即可達(dá)到與 20W 日光燈管相 同的 60lm ／ W ，并在 2010 年提升至 100 lm ／ W ，足以取代40W 日光燈管。至于單價(jià)則將從每顆 100 日元左右，以每年 20 ％速度向下降低。而價(jià)格的快速下滑使白光 LED 的應(yīng)用面很快地增長，不過未來最被看好的還是能取代白熾鎢絲燈泡及日光燈的白光 LED .第三節(jié) 半導(dǎo)體照明的產(chǎn)業(yè)鏈分析 一、產(chǎn)業(yè)鏈分析隨著近日住友化學(xué)宣布完成對(duì)英國劍橋顯示有限公司（CDT）的收購，“企業(yè)并購”再次進(jìn)入人們的視線，并成為半導(dǎo)體照明業(yè)內(nèi)關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)。其實(shí)自2006年下半年來企業(yè)并購就在頻頻發(fā)生，不論是晶元、元砷與連勇的合并，還是Cree對(duì)華剛的收購，每一次并購，無疑都是這個(gè)行業(yè)具有震撼力的事件。這些并購，或橫或縱，或強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合或抱團(tuán)御敵，再加上關(guān)聯(lián)企業(yè)的加盟，呈現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)并購的新一輪熱潮。歐美巨頭產(chǎn)業(yè)鏈垂直整合，凸顯競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)1. 傳統(tǒng)照明巨頭介入，力維照明業(yè)領(lǐng)導(dǎo)地位隨著LED技術(shù)日漸發(fā)展前景不斷看好，傳統(tǒng)照明巨頭也紛紛介入其中，如世界五大LED制造商中除了Cree和日亞（Nichia）外，Lumileds、歐司朗光電（Osram OS）、豐田合成（Toyoda Gosei）則分別隸屬于飛利浦（Philips）、歐司朗（Osram）和豐田（Toyota）。而這些大集團(tuán)并不滿足于現(xiàn)況，他們不斷發(fā)掘新興公司納入掌控之中，以期完善產(chǎn)業(yè)構(gòu)成、長久占據(jù)照明市場(chǎng)制高點(diǎn)。在這一點(diǎn)上，飛利浦的舉動(dòng)無疑是最多的。2006年12月繼收購安捷倫（Agilent）持有的47%的Lumileds公司股份后，%的Lumileds股份，實(shí)現(xiàn)了對(duì)Lumileds的全資掌控。僅僅時(shí)隔半年，2007年6月飛利浦又以7100萬美元將加拿大白光LED生產(chǎn)商TIR Systems公司納入旗下， KINETICS（CK）公司的收購。Lumileds制造LED芯片和功率型封裝，TIR擁有 Lexel平臺(tái)（Lexel是白光LED光源主要組件，包括散熱、光學(xué)設(shè)計(jì)、反饋和驅(qū)動(dòng)技術(shù)等），而CK則在LED照明色彩控制設(shè)備及系統(tǒng)領(lǐng)域走在世界前列。這一連串的收購將照明產(chǎn)業(yè)鏈的中下游都進(jìn)行了縱連，豐盈了飛利浦的專利產(chǎn)品組合，也加大了品牌效應(yīng)，為飛利浦贏得了強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。飛利浦預(yù)估LED市場(chǎng)每年平均成長將超過20%，并可望在2025年達(dá)到200億～300億美元。短期來看，這些收購是飛利浦在這一期望下，鞏固集成半導(dǎo)體照明產(chǎn)品線、完成全球LED照明市場(chǎng)布局、確保在大功率LED領(lǐng)域地位的戰(zhàn)略行動(dòng)。而從長遠(yuǎn)上來看，飛利浦上述舉動(dòng)不僅僅是鞏固其在LED照明業(yè)的根基，而且是其如何在整個(gè)照明業(yè)長期占據(jù)技術(shù)、資源等優(yōu)勢(shì)的所做的全面戰(zhàn)略部署。與飛利浦、歐司朗同屬世界三大照明業(yè)巨頭的通用電氣也參與了LED業(yè)。GE擁有的Lumination可生產(chǎn)小、中及大功率的LED產(chǎn)品，但大功率產(chǎn)品目前還相對(duì)不成熟。如果想長期占有照明市場(chǎng)份額，GE就不得不壯大LED產(chǎn)品組合。在Philips宣布完成對(duì)CK的收購后，GE將收購Cree，以加強(qiáng)與Philips競(jìng)爭(zhēng)的傳言浮出了水面。盡管目前還未有證據(jù)證實(shí)，但我們有理由相信，面對(duì)其他兩巨頭的積極行動(dòng)，GE也會(huì)有所舉動(dòng)。2. Cree收購華剛，垂直整合產(chǎn)業(yè)鏈2007年4月2日，Cree宣布完成對(duì)華剛光電零件有限公司的收購，華剛光電（集團(tuán)）有限公司控有Cree 約9%的股份，成為Cree單一最大股東。這次戰(zhàn)略合并涉及華剛集團(tuán)旗下三大主要業(yè)務(wù)范疇，包括 LED 封裝事業(yè)部 、模組事業(yè)部，以及顯示器件事業(yè)部。通過此次收購，Cree擁有了從外延片、芯片到封裝的完整產(chǎn)業(yè)鏈，改變以往只售芯片的單一營銷模式。此次收購為Cree提供了個(gè)低成本制造平臺(tái)，有助于補(bǔ)充Cree在LED芯片技術(shù)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)以及營銷方面的投資，是Cree進(jìn)入半導(dǎo)體照明市場(chǎng)的戰(zhàn)略性一步；而華剛則利用