【正文】 家 LED路燈企業(yè)并建設(shè)了幾十條示范道路，但國(guó)內(nèi)在大尺寸 LCD背光和汽車前照燈方面仍顯落后。 從 2020 年 LED 市場(chǎng)應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看， LED 指示燈、 LED 顯示屏、手機(jī)鍵盤和相機(jī)閃光燈以及 LCD 背光源位列銷售量前四大領(lǐng)域。 2020 年北京奧運(yùn)會(huì)對(duì) LED照明的集中展示讓人們對(duì) LED有了全新的認(rèn)識(shí)，有力推動(dòng)了中國(guó)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。對(duì)國(guó)內(nèi)企業(yè)而言，壯大規(guī)模、提高產(chǎn)品質(zhì)量與技術(shù)水平是首要任務(wù)，提高未來(lái)取得大廠專利授權(quán)時(shí)的要價(jià)能力， 或逐步通過(guò)研發(fā)突破核心專利。 2020年我國(guó) LED產(chǎn)業(yè)總體保持了較為良好的發(fā)展勢(shì)頭，雖然受到全球金融危機(jī)的影響，但仍然是全球發(fā)展速度最快的國(guó)家，在全球的產(chǎn)業(yè)地位不斷提升。 2020 年我國(guó)芯片產(chǎn)值增長(zhǎng) 26%，達(dá)到 19 億元； LED封裝產(chǎn)值達(dá)到 185億元，較 2020 年的 168 億元增長(zhǎng) 10%； 2020年我國(guó)應(yīng)用產(chǎn)品產(chǎn)值已超過(guò) 450 億元， LED全彩顯示屏、太陽(yáng)能 LED、景觀照明、消費(fèi)類電子背光、信號(hào)、指示等應(yīng)用仍然是主要應(yīng)用領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)功能性市政照明發(fā)展較快，已經(jīng)有數(shù)十萬(wàn)盞 LED示范應(yīng)用路燈被應(yīng)用，預(yù)計(jì)將很快形成規(guī)模。在 LCDTV 背光和汽車燈方面也取得了一定進(jìn)步，但形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模還需一定時(shí)間。 從長(zhǎng)遠(yuǎn)看來(lái)， 2020 年及未來(lái)幾年中，隨著全球節(jié)能減排的盛行，環(huán)保和節(jié)能成為市場(chǎng)熱點(diǎn)， LED 行業(yè)也開(kāi)始升溫。而我國(guó) LED 產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò) 30多年的發(fā)展，雖然先后實(shí)現(xiàn)了自主生產(chǎn)器件、芯片和外延片，但自產(chǎn)的 LED芯片，外延片產(chǎn)量仍有限，其產(chǎn)品以中、低檔為主，產(chǎn)業(yè)化規(guī)模偏小，只能滿足國(guó)內(nèi)封裝企業(yè)需求量的 20%30%，大部分高性能 LED和功率 LED產(chǎn)品均要依賴進(jìn)口。隨著政府的大力推廣和全球產(chǎn)業(yè)梯次轉(zhuǎn)移，未來(lái)我國(guó) LED將成為市場(chǎng)上最具誘惑力的蛋糕，預(yù) 估到 2020年，整個(gè)中國(guó)大陸 LED產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將超過(guò) 1500億元。 LED產(chǎn)業(yè)鏈中， LED 外延片跟 LED晶片大概占行業(yè) 70%的利潤(rùn)， LED封裝大概 10%0%， LED 應(yīng)用大概 10%20%。 2020 年產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到 5000億元以上。我國(guó)進(jìn)入 LED 產(chǎn)業(yè)的企業(yè)與日俱增，產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)將更加激烈。 LED 是半導(dǎo)體發(fā)光器件（ LightEmittingDiode）的英文縮寫，新照明光源的 LED 產(chǎn)品由于節(jié)能環(huán)保，應(yīng)用越來(lái)越廣泛。半導(dǎo)體照明的實(shí)現(xiàn)方式是由 P 型半導(dǎo)體和 N 型半導(dǎo)體組成的晶片，它們之間形成的過(guò)渡層叫 P— N 結(jié)，當(dāng) P— N 結(jié) 加正向電壓時(shí)有電流注入，電子和空穴復(fù)合而發(fā)光。發(fā)光二極管是由Ⅲ Ⅳ族化合物，如 GaAs（砷化鎵）、 GaP（磷化鎵）、 GaAsP（磷砷化鎵）等半導(dǎo)體制成的，其核心是 PN 結(jié)。因此它具有一般 PN 結(jié)的 IN 特性，即正向?qū)?，反? 截止、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性。在正向電壓下，電子由 N 區(qū)注入 P 區(qū)，空穴由 P 區(qū)注入 N 區(qū)。進(jìn)入對(duì)方區(qū)域的少數(shù)載流子（少子）一部分 與多數(shù)載流子（多子）復(fù)合而發(fā)光，如圖 1 所示。 圖 1LED 的發(fā)光原理 假設(shè)發(fā)光是在 P 區(qū)中發(fā)生的，那么注入的電子與價(jià)帶空穴直接復(fù)合而發(fā)光，或 者先被發(fā)光中心捕獲后，再與空穴復(fù)合發(fā)光。除了這種發(fā)光復(fù)合外，還有些電子被非發(fā)光中心（這個(gè)中心介于導(dǎo)帶、介帶中間附近）捕獲，而后再與空穴復(fù)合，每次釋放的能量不大，不能形成可見(jiàn)光。發(fā)光的復(fù)合量相對(duì)于非發(fā)光復(fù)合量的比例越大，光量子效率越高。由于復(fù)合是在少子擴(kuò)散區(qū)內(nèi)發(fā)光的，所以光僅在靠近 PN 結(jié)面數(shù)μ m 以內(nèi)產(chǎn)生。理論和實(shí)踐證明，光的峰值波長(zhǎng)λ與發(fā)光區(qū)域的半導(dǎo)體材料禁帶寬度 Eg 有關(guān)，即λ≈ 1240/Eg（ mm）式中 Eg 的單位為電子伏特（ eV）。若能產(chǎn)生可見(jiàn)光（波長(zhǎng)在 380nm 紫光～ 780nm 紅光），半導(dǎo)體材料的 Eg應(yīng)在 ～ 之間，比紅光波長(zhǎng)長(zhǎng)的光為紅外光。現(xiàn)在已有紅外、紅、黃、綠及藍(lán)光 發(fā)光二極管，但其中藍(lán)光二極管成本、價(jià)格很高，使用不普遍。 LED 的優(yōu)點(diǎn) 目前技術(shù)條件下， LED 已經(jīng)顯示出了眾多的優(yōu)點(diǎn)： 一是 顯色性能良好，白色 LED 目前的顯色指數(shù) Ra 達(dá)到了 70 以上 ,色溫范圍從 3600K 到11000K（隨熒光粉不同而變），而且已經(jīng)獲得了實(shí)驗(yàn)室提高的方案； 二是色彩豐富， LED 已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了多個(gè)波長(zhǎng)的單基色，有紅、琥珀黃、黃、綠、藍(lán)等，基本滿足了應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?LED 色彩的要求，隨著更多新材料的開(kāi)發(fā)，還會(huì)實(shí)現(xiàn)更多的 基色及至全彩色； 三是穩(wěn)定可靠，在 LED 的壽命期內(nèi) ,LED 差不多都能穩(wěn)定的工作 ,維護(hù)工作量極小； 四是電氣安全性高 ,LED 一般工作在低電壓 (624V)、小電流 (1020mA)情況下 ,屬弱電級(jí)工作器件 ,有較好的電氣安全性能； 五是節(jié)能環(huán)保效率高 ,在同等亮度下 ,LED 的耗電僅為普通白熾燈的 1/10,而且不存在有害金屬汞污染等問(wèn)題 ,符合社會(huì)發(fā)展趨勢(shì)； 六是應(yīng)用靈活性好， LED 可進(jìn)行低壓供電，也可 110V/220V 電源供電，加上單粒 LED 的體積小 (芯片更小，只用 35 平方毫米 )，大大方便了工程應(yīng)用； 七是受控制 能力強(qiáng) ,現(xiàn)有的技術(shù)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn) LED 的亮度、灰度、動(dòng)態(tài)顯示、分布控制等，是其它發(fā)光裝置無(wú)可比擬的； 八是抗震性能優(yōu)越， LED 的堅(jiān)固、耐震、耐沖擊性能都超過(guò)了目前所有其它類型的電光源產(chǎn)品； 九是響應(yīng)速度快， LED 的響應(yīng)速度在毫秒級(jí)，可以自如有效地應(yīng)用于顯示屏、汽車剎車燈、 相機(jī)閃光燈等； 十是 壽命超長(zhǎng)，業(yè)內(nèi)公認(rèn)的平均值達(dá)為 10 萬(wàn)小時(shí)，可期望目標(biāo)將會(huì)達(dá)到 25 萬(wàn)小時(shí) ； 壽命： LED正常工作情況下， IV或者Φ V衰減至初始值 50%所經(jīng)歷的時(shí)間。 從上圖可見(jiàn)，Φ 5白光 LED壽命約 6,000小時(shí)。 PowerLED在 20,000小時(shí)內(nèi)很穩(wěn)定，而在同等時(shí)間內(nèi)，Φ 5LED衰減度 70%，而白熾燈已經(jīng)完全不亮了。 PowerLED可預(yù)期經(jīng)過(guò) 50,000小時(shí)后仍能保持 70%的流明數(shù)（即僅 30%衰減）。 另外還有亮度高、無(wú)干擾、方向性好等等也是十分有用的優(yōu)點(diǎn)。 在功率、效率等指標(biāo)上， 2020 年 2 月 11 日新華網(wǎng)報(bào)道，武漢光電國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（籌）微光機(jī)電系統(tǒng)研究部和華中科技大學(xué)能源學(xué)院，采用具有中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)，成功封裝了功率高達(dá) 1500 瓦的 LED 光源，這是目前世界功率最大的 LED 光源，而在深圳“ 2020LED技術(shù)論壇峰會(huì)”上，億光電 子工業(yè)股份有限公司（全球光電子產(chǎn)業(yè)領(lǐng)導(dǎo)廠商）則展示了高亮度 LED 的最新技術(shù)，并宣稱他們已經(jīng)成功地開(kāi)發(fā)出了 100(lm/W)的高效率、高亮度 LED，有人預(yù)計(jì)， LED 的最終發(fā)光效率可以達(dá) 200(lm/W)總之，隨著技術(shù)的發(fā)展， LED 的優(yōu)點(diǎn)會(huì)越來(lái)越突出，應(yīng)用范圍會(huì)越來(lái)越廣、應(yīng)用的程度會(huì)越來(lái)越深入、應(yīng)用規(guī)模會(huì)越來(lái)越大。 照明行業(yè)已經(jīng)經(jīng)歷了三代產(chǎn)品，他們分別是第一代電光源：白熾燈（鹵鎢燈）、第二代電光源：熒光燈（日光燈、節(jié)能燈）和第三代電光源：高強(qiáng)度氣體放電燈（ HID），目前正在向第四代電光源 —— 半導(dǎo)體照明（ LED） 發(fā)展。 LED 主要性能和傳統(tǒng)光源區(qū)別： LED 晶片的體積很小，通常只有幾十到幾百微米見(jiàn)方，屬于固態(tài)光源，選擇適當(dāng)匹配的材料和制造工藝，電能大部分可轉(zhuǎn)變成光能，理論上發(fā)光效率可達(dá) 400lm/w，目前 LED實(shí)驗(yàn)室最大發(fā)光效率為 157lm/w。 LED 是一種新型固態(tài)冷光源，它具有高效、節(jié)能、環(huán)保、使用壽命長(zhǎng)、易維護(hù)體積小、響應(yīng)快、可靠性高等特點(diǎn)。在同樣亮度下，耗電僅為普通白熾燈的 1/10，熒光燈的 1/3，而壽命卻可以延長(zhǎng) 100 倍，半導(dǎo)體照明是 21 世紀(jì)最具有發(fā)展的高技術(shù)領(lǐng)域之一，未來(lái)半導(dǎo)體燈將逐步替代白熾燈和熒光 燈。通過(guò)對(duì)比前三代產(chǎn)品的特點(diǎn)和優(yōu)劣勢(shì)就可以看出半導(dǎo)體照明強(qiáng)大的生命力。如表 1 反映了 LED 產(chǎn)品與其他照明產(chǎn)品的區(qū)別。 LED 的分類及用途 LED 早已從最早的指示燈發(fā)展到照明領(lǐng)域，照明通常劃分為通用照明和特殊照明兩大領(lǐng)域。隨著 LED 發(fā)光效率和光強(qiáng)的不斷提升， LED 已經(jīng)向特殊照明的縱深發(fā)展，并逐步進(jìn)入通用照明領(lǐng)域。 LED 的應(yīng)用范圍主要由 LED 芯片發(fā)光強(qiáng)度（ mcd，毫坎德拉）和發(fā)光效率（ lm/w，流明 /瓦）決定。發(fā)光強(qiáng)度越大、發(fā)光效率越高，則運(yùn)用越發(fā)廣泛。可將 LED 芯片按發(fā)光強(qiáng)度分為普通亮度 LED、高亮度 LED 和超高亮度 LED，發(fā)光強(qiáng)度 10mcd 為普通亮度， 10mcd～ 100mcd 間的為高亮度，達(dá)到或超過(guò) 100mcd 的稱超高亮度。普通亮度主要用于指示燈；高亮度用于特殊照明；而超高亮度則可以進(jìn)一步用于通用照明。如表 2 所示。 從發(fā)光效率看， LED 有著前三代照明產(chǎn)品無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)， LED 理論上的發(fā)光效率可以達(dá)到 400lm/w，目前量產(chǎn)的水平是 7090lm/w，實(shí)驗(yàn)室的水平是 120lm/w 左右。而前三代產(chǎn)品的發(fā)光效率分別是從 880lm/w 不等。發(fā)光效率越高也就意味著達(dá)到同樣照明效果的功率降低，其優(yōu)越性也就愈 發(fā)體現(xiàn)。目前 LED 已經(jīng)從早期的指示燈發(fā)展到交通信號(hào)燈、汽車車燈、背景光源、景觀照明、特種工作照明、軍事及其它應(yīng)用（玩具、禮品、輕工產(chǎn)品等），一般照明已經(jīng)開(kāi)始起步。鑒于 LED 的自身優(yōu)勢(shì) ,目前主要應(yīng)用于以下幾大方面 : （ 1）顯示屏、交通訊號(hào)顯示光源的應(yīng)用， LED 燈具有抗震耐沖擊、光響應(yīng)速度快、省電和壽命長(zhǎng)等特點(diǎn) ,廣泛應(yīng)用于各種室內(nèi)、戶外顯示屏 ,分為全色、三色和單色顯示屏 ,全國(guó)共有 100多個(gè)單位在開(kāi)發(fā)生產(chǎn)。交通信號(hào)燈主要用超高亮度紅、綠、黃色 LED,因?yàn)椴捎?LED 信號(hào)燈既節(jié)能 ,可靠性又高 ,所以在全國(guó)范圍內(nèi) ,交通信 號(hào)燈正在逐步更新?lián)Q代 ,而且推廣速度快 ,市場(chǎng)需求量很大 ,是個(gè)很好的市場(chǎng)機(jī)會(huì)； （ 2）汽車工業(yè)上的應(yīng)用為汽車用燈包含汽車內(nèi)部的儀表板、音響指示燈、開(kāi)關(guān)的背光源、閱讀燈和外部的剎車燈、尾燈、側(cè)燈以及頭燈等。汽車用白熾燈不耐震動(dòng)撞擊、易損壞、壽命短 ,需要經(jīng)常更換。 1987 年 ,我國(guó)開(kāi)始在汽車上安裝高位剎車燈。由于 LED 響應(yīng)速度快 ,可以及早提醒司機(jī)剎車 ,減少汽車追尾事故 ,在發(fā)達(dá)國(guó)家 ,使用 LED 制造的中央后置高位剎車燈已成為汽車的標(biāo)準(zhǔn)件 ,美國(guó) HP 公司在 1996 年推出的 LED 汽車尾燈模組可以隨意組合成各種汽車尾燈。此外 ,在 汽車儀表板及其他各種照明部分的光源 ,都可用超高亮度發(fā)光燈來(lái)?yè)?dān)當(dāng) ,所以均在逐步采用 LED 顯示。 （ 3） LED 背光源以高效側(cè)發(fā)光的背光源最為引人注目 ,LED 作為 LCD 背光源應(yīng)用 ,具有壽命長(zhǎng)、發(fā)光效率高、無(wú)干擾和性價(jià)比高等特點(diǎn) ,已廣泛應(yīng)用于電子手表、手機(jī)、 BP 機(jī)、電子計(jì)算器和刷卡機(jī)上 ,隨著便攜電子產(chǎn)品日趨小型化 ,LED 背光源更具優(yōu)勢(shì) ,因此背光源制作技術(shù)將向更薄型、低功耗和均勻一致方面發(fā)展。 LED 是手機(jī)關(guān)鍵器件 ,一部普通手機(jī)或小靈通約需使用 10 只 LED 器件 ,而一部彩 屏和帶有照相功能的手機(jī)則需要使用約 20 只 LED 器 件。現(xiàn)階段手機(jī)背光源用量非常大 ,一年要用 35 億只 LED 芯片。 (4)LED 照明光源早期的產(chǎn)品發(fā)光效率低 ,光強(qiáng)一般只能達(dá)到幾個(gè)到幾十個(gè) mcd,適用在室內(nèi)場(chǎng)合，在家電、儀器儀表、通訊設(shè)備、微機(jī)及玩具等方面應(yīng)用。目前直接目標(biāo)是 LED 光源替代白熾燈和熒光燈 ,這種替代趨勢(shì)已從局部應(yīng)用領(lǐng)域開(kāi)始發(fā)展。日本為節(jié)約能源 ,正在計(jì)劃替代白熾燈的發(fā)光二極管項(xiàng)目 (稱為“照亮日本” )，頭五年的預(yù)算為 50 億日元，如果 LED替代半數(shù)的白熾燈和熒光燈，每年可節(jié)約相當(dāng)于 60 億升原油的能源，相當(dāng)于五個(gè) 106KW 核電站的發(fā)電量，并可減少 二氧化碳和其它溫室氣體的產(chǎn)生，改善人們生活居住的環(huán)境。我國(guó)也于 2020 年投資 50 億大力發(fā)展節(jié)能環(huán)保的半導(dǎo)體照明計(jì)劃。 (5)其它應(yīng)用例如一種受到兒童歡迎的閃光鞋，走路時(shí)內(nèi)置的 LED 會(huì)閃爍發(fā)光，僅溫州地區(qū)一年要用 5 億只發(fā)光二極管；利用發(fā)光二極管作為電動(dòng)牙刷的電量指示燈，據(jù)國(guó)內(nèi)正在投產(chǎn)的制造商介紹，該公司已有少量保健牙刷上市，預(yù)計(jì)批量生產(chǎn)時(shí)每年需要 3 億只發(fā)光燈；正在流行的 LED 圣誕燈，由于造型新穎、色彩豐富、不易碎破以及低壓使用的安全性，近期在香港等東南亞地區(qū)銷勢(shì)強(qiáng)勁，受到人們普遍的歡迎，正在威脅和替代現(xiàn)有電泡 的圣誕市場(chǎng)。 LED 產(chǎn)業(yè)鏈 LED 產(chǎn)業(yè)鏈分為上、中、下游，上游是外延片生產(chǎn)、中游是芯片生產(chǎn)、下游是指封裝業(yè)。其中上游外延片生產(chǎn)的技術(shù)含量最高，投資也大，其次是中游芯片，下游封裝行業(yè)低端進(jìn)入容易。但事實(shí)上，目前封裝對(duì)于高亮度芯片的散熱、發(fā)光提出了更高的要求，技術(shù)上的要求和重要性也越來(lái)越高。行業(yè)呈現(xiàn)出上中游企業(yè)數(shù)量相對(duì)較少，而下游企業(yè)眾多的金字塔形態(tài)。綜合而言，全球 LED 核心器件業(yè)發(fā)展迅速，外延片、芯片、顯示屏技術(shù)、相關(guān)硅晶體等半導(dǎo)體材料生產(chǎn)等技術(shù)具有明顯的進(jìn)步。高亮屏、 GAN 芯片、多芯片技術(shù)、各類色光技術(shù) 等均是近幾年 LED 核心器件業(yè)成長(zhǎng)的代表成果。如圖 2 所示。 大功率 LED 介紹 隨著半導(dǎo)體材料和封裝工藝的提高 ,LED 的光通量和出光效率逐漸提高 ,從而使固體光源成為可能 ,已廣泛應(yīng)用于交通燈、汽車照明、廣告牌等特殊照明領(lǐng)域 ,并且逐漸向普通照明領(lǐng)域過(guò)渡 ,被公認(rèn)為有望取代白熾燈、熒光燈的第四代光源。 不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?LED光源提出更高要求 ,除了對(duì) LED出光效率、光色有