【文章內(nèi)容簡介】 向，也是現(xiàn)在的主流產(chǎn)品，藍寶石作為基板目前使用最多。表 2：不同基板材料和不同發(fā)光材料與波長、顏色用于封裝的材料有環(huán)氧樹脂、ABS、PC 、PPD 等。外延材料的測試儀器主要有 x 射線雙晶衍射儀，熒光譜儀、盧瑟福背散射溝道譜儀等。芯片、器件測試儀器主要有 LED 光電特性測試儀，光譜分析儀等，主要測試參數(shù)為正反向電壓、電流特性、法向光強、光強角分布、光通量、峰值波長、主波長、色光標、顯色指數(shù)等。生產(chǎn)設備則有 MOCVD 設備、液相外延爐、鍍膜機、光刻機、劃片機、全自動固晶機、金絲球焊機、硅鋁絲超聲壓焊機、灌膠機、真空烘箱、芯片計數(shù)儀、芯片檢測儀、倒膜機、光色電全自動分選機等。LED 外延與芯片制造。LED 的外延片生長主要有 LPE（液相外延）、VPE （氣相外延）和 MOCVD（有機金屬氣相外延）技術(shù)，前兩者主要用來生產(chǎn)傳統(tǒng) LED，后者用于生產(chǎn)高亮度 LED。超高亮 LED 的外延方法主要有兩種，即液相外延生產(chǎn) AlGaAs LED 和金屬有機物化學氣相淀積（MOCVD）生產(chǎn) AlGaAs、 AlGaInP 和 InGaN LED，以 MOCVD 方法為主。LED 芯片是由 P 層半導體元素，N 層半導體元素靠電子移動而重新排列組合成的 PN 結(jié)合體。主要由金墊、P 極、N 極、PN 結(jié)、背金層構(gòu)成（雙 pad 芯片無背金層）組成。LED 芯片按極性分類可分為：N/P，P/N。按發(fā)光部位分為表面發(fā)光型（光線大部分從芯片表面發(fā)出）和五面發(fā)光型（表面，側(cè)面都有較多的光線射出） 。如果按組成分可分為：二元、三元、四元 LED 芯片。所謂的二元、三元、四元9 / 72LED 芯片，是指該芯片中所含有效元素的數(shù)目。如果按組成元素分可以分為以下幾種類型:(磷、鎵):H 、G 等 （有兩種有效元素）（磷、鎵、砷）:SR 、HR、UR 等 （有三種有效元素） (磷、鋁、鎵、銦):SRF、 HRF、URF、VY、 HY、UY、UYS 、UE 、HE、UG 等。三元 LED 芯片是指主要含有三種元素的 LED 芯片，如 HY、HO、IR、SR等產(chǎn)品，被稱為三元 LED。其可見光亮度一般較四元（四種元素）LED 要低，全彩顯示幕所用的紅光芯片大部分是四元系產(chǎn)品，其特點是亮度高。三元 LED芯片和四元 LED 芯片的區(qū)分，主要在于它們的發(fā)光區(qū)的半導體材料不同。如三元 LED 芯片有 GaALAs GaAsP 等。 四元芯片是指 InGaALP 。雖然三元與四元的材質(zhì)不同，四元亮度較高，但四元 LED 有 IR 等電性不良比三元多，要防靜電，較難作業(yè)。圖 6：芯片制造流程目前，全球主要 LED 芯片供應商有：●國外主要芯片供應商：克雷（Cree） ，惠普（HP ） ，日亞化學（Nichia） ，豐田合成（ToyodaGosei） ，大洋日酸，東芝（TOSHIBA） 、昭和電工（SDK） ，Lumileds，旭明（Smileds） ，Genelite，歐司朗（ Osram） ，GeLcore ，首爾半導體（ SSC）等，普瑞，韓國安螢（Epivalley）等。Nichia：日亞化學，著名 LED 芯片制造商，日本公司，成立于 1956 年，開發(fā)出世界第一顆藍色 LED(1993 年), 世界第一顆純綠 LED(1995 年), 在世界各地建有子公司。日亞化學是 GaN 系的開拓者，在 LED 和激光領域居世界首位。在藍色、白色 LED 市場遙遙領先于其他同類企業(yè)。它以藍色 LED 的開發(fā)而聞名于全球，與此同時，它又是以熒光粉為主要產(chǎn)品的規(guī)模最大的精細化工廠商。在該公司LED 的生產(chǎn)當中， 70％是白色 LED，主要有單色芯片型和 RGB 三色型兩大類型。此外，該公司是世界上唯一一家可以同時量產(chǎn)藍色 LED 和紫外線 LED 兩外 延 材 料 檢 驗 鍍 膜 光刻 合金檢測 切割包裝入庫 清洗10 / 72種產(chǎn)品的廠商。以此為基礎，日亞化工不斷開發(fā)出新產(chǎn)品，特別是在 SMD（表面封裝）型的高能 LED 方面，新品層出不窮。 2022 年全球 LED 市場約為 6000億日元，日亞化工占據(jù)了約 25％的全球市場份額。Osram：歐司朗是世界第二大光電半導體制造商，產(chǎn)品有照明，傳感器，和影像處理器。公司總部位于德國，研發(fā)和制造基地在馬來西亞，約有 3400 名員工，2022 年銷售額為 億歐元。最出名的產(chǎn)品是 LED，長度僅幾個毫米，有多種顏色，低功耗，壽命長。Cree：美國克雷公司，著名 LED 芯片制造商，產(chǎn)品以碳化硅(SiC)，氮化鎵(GaN) ，硅(Si)及相關(guān)的化合物為基礎，包括藍、綠、紫外發(fā)光二極管(LED),近紫外激光，射頻(RF)及微波器件，功率開關(guān)器件及適用于生產(chǎn)及科研的碳化硅(SiC) 外延片。ToyodaGosei：豐田合成，總部位于日本愛知，生產(chǎn)汽車部件和LED，LED 約占收入 10%,豐田合成與東芝所共同開發(fā)的白光 LED，是采用紫外光 LED 與螢光體組合的方式，與一般藍光 LED 與螢光體組合的方式不同?！　〈笱笕账幔喝毡敬笱笕账峁局饕a(chǎn) MOCVD 設備，其有機金屬氣象化學沉淀技術(shù)的研究和開發(fā)可以追溯到 1983 年。大洋日酸研發(fā)了一系列高純度氣體如 AsH3, PH3 和 NH3 的專業(yè)應用技術(shù)，以及用于生產(chǎn) LD 和 LED 產(chǎn)品的 MOVPE 設備，還開發(fā)了用于吸收這些應用產(chǎn)生的大量廢氣的凈化系統(tǒng)，并使之商品化。到目前為止，大洋日酸已經(jīng)為從研發(fā)機構(gòu)到生產(chǎn)廠商等有著不同需求的客戶提供了超過 450 臺的 MOCVD 設備。TOSHIBA：東芝半導體是汽車用 LED 的主要供貨商，特別是儀表盤背光，車子電臺，導航系統(tǒng)，氣候控制等單元。使用的技術(shù)是 InGaAlP，波長從560nm（puregreen）到 630nm（red ） 。近期，東芝開發(fā)了新技術(shù)UV+phosphor（紫外+熒光） ，LED 芯片可發(fā)出紫外線，激發(fā)熒光粉后組合發(fā)出各種光，如白光，粉紅，青綠等光。Lumileds：全球大功率 LED 和固體照明的領導廠商，總部在美國，工廠位于荷蘭，日本，馬來西亞，由安捷倫和飛利浦合資組建于 1999 年，2022年飛利浦完全收購了該公司。其產(chǎn)品廣泛用于照明，電視，交通信號和通用照明，LuxeonPowerLightSources 是其專利產(chǎn)品，結(jié)合了傳統(tǒng)燈具和 LED 的小尺11 / 72寸，長壽命的特點。還提供各種 LED 晶片和 LED 封裝，有紅，綠，藍，琥珀，白等 LED。SSC ：首爾半導體是韓國最大的 LED 環(huán)保照明技術(shù)生產(chǎn)商，并且是全球八大生產(chǎn)商之一。主要生產(chǎn)全線 LED 組裝及定制模組產(chǎn)品，包括采用交流電驅(qū)動的半導體光源產(chǎn)品等。產(chǎn)品已廣泛應用于一般照明、顯示屏照明、移動電話背光源、電視、手提電腦、汽車照明、家居用品及交通訊號等范疇之中。●臺灣主要芯片供應商：晶元光電（Epistar ，簡稱 ES，合并聯(lián)詮、元坤、連勇、國聯(lián)后） ，廣鎵光電（Huga） ，新世紀（ GenesisPhotonics） ，華上（ArimaOptoelectronics，簡稱：AOC） ，泰谷光電（Tekcore ） ，奇力，鉅新，光宏，晶發(fā)，視創(chuàng)，洲磊，聯(lián)勝（HPO） ，漢光（HL） ，光磊（ED） ，鼎元（Tyntek 簡稱 TK） ，曜富洲技（TC） ，燦圓（FormosaEpitaxy） ，國通，聯(lián)鼎，全新光電（VPEC ） 。此外還有華興（LedtechElectronics） 、東貝（UnityOptoTechnology） 、光鼎（ParaLightElectronics） 、億光（EverlightElectronics ） 、佰鴻（BrightLEDElectronics） 、今臺（ Kingbright） 、菱生精密（LingsenPrecisionIndustries） 、立基（LigitekElectronics） 、光寶（LiteOnTechnology） 、宏齊(HARVATEK)等。●大陸主要芯片供應商內(nèi)資企業(yè)主要有：三安光電簡稱（S） 、上海藍光（Epilight ）簡稱（E ） 、士蘭明芯（SL ） 、大連路美簡稱（LM） 、迪源光電、南昌欣磊、上海金橋大晨、河北立德、河北匯能、深圳奧倫德、深圳世紀晶源、廣州普光、揚州華夏集成、甘肅新天電公司、東莞福地電子材料、清芯光電、晶能光電、中微光電子、乾照光電、晶達光電、深圳方大、山東華光、上海藍寶等。外資血統(tǒng)企業(yè)如武漢華燦光電、廈門晶宇、廈門明達和晉江晶藍等。LED封裝技術(shù)及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。LED 產(chǎn)品封裝結(jié)構(gòu)通常分為點光源、面光源和發(fā)光顯示器三類，單個管芯一般構(gòu)成點光源，多個管芯組裝一般可構(gòu)成面光源和線光源，作信息、狀態(tài)指示及顯示用，發(fā)光顯示器也是用多個管芯串聯(lián)和并聯(lián)組合而成的。表 3：LED 封裝產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及特征12 / 72目前全球LED 主要封裝廠商有日亞化學、豐田合成、CREE、GELCORE、LUMILEDS 和OSRAM等。LED照明行業(yè)價值鏈。上游生產(chǎn)和中游制造環(huán)節(jié)由于技術(shù)含量高、資本投入密度大，是國際競爭最激烈、經(jīng)營風險最大領域。其中外延材料與芯片制造，屬于技術(shù)和資金密集行業(yè)；中游產(chǎn)業(yè)器件與模塊封裝以及下游產(chǎn)業(yè)顯示與照明應用，屬于技術(shù)和勞動密集型行業(yè)。從價值構(gòu)成看，在LED產(chǎn)業(yè)鏈中，LED 外延片與芯片約占行業(yè)70%利潤，LED 封裝約占 1015%，而LED 應用大概占1020%。LED 照明行業(yè)供應鏈。與 LED 生產(chǎn)相配套的供應鏈除了生產(chǎn)流程外還包括材料和設備供應。生產(chǎn)外延片的常用材料主要有砷(As)化鎵(Ga)、磷(P) 化鎵(Ga) 、GaN （氮化鎵）和 AlGaInN 等。歷史上第一個 LED 所使用的材料是砷(As)化鎵(Ga) ，發(fā)出的光線為紅外光譜。另一種常用的 LED 材料為磷(P) 化鎵(Ga)。在 LED 生產(chǎn)過程中需要很多設備，從藍寶石襯底加工用的單晶爐、多線切割、研磨拋光等設備，到 MOCVD(金屬有機化合物化學氣相淀積)、退火爐等設備，再到與 IC 芯片工藝相類似的設備，如光刻機、刻蝕機、清洗機、蒸發(fā)鍍膜等，最后到封裝用的固晶機、金絲/鋁絲球焊機、分選機等等，種類繁多。其中，MOCVD、等離子刻蝕機等生產(chǎn) LED 的關(guān)鍵設備，技術(shù)含量很高。目前國際上供應 MOCVD 設備的公司主要有三個，即美國 Veeco 公司、德國的Aixtron 公司和美國的 Thomas Swan 公司。（五）LED 與其他照明光源比較能效轉(zhuǎn)換、使用壽命及特點比較表 4：白熾燈、日光燈、LED 照明三種照明光源比較13 / 72成本比較●LED照明成本構(gòu)成首先，從燈具生產(chǎn)成本看。以日本市場為例。LED 燈泡 2022 年在日本的銷售價格為 4000 日元以下，是原來的一半左右，因此需求得以迅速提高。2022年日本國內(nèi)的 LED 燈泡銷量約為 170 萬個，預計 2022 年其規(guī)模將超過 400 萬個。2022 年 LED 燈泡的成本分析結(jié)果如圖所示。LED 燈泡的部件及材料成本占整體的約 50％。這些部材成本中，LED 封裝占其一半左右。另外，安裝底板、電路底板及散熱片所占的比例也較高。數(shù)據(jù)來源：Techno Systems Research（TSR）圖 7：LED 燈泡的成本分析其次，從 LED 燈泡的使用成本支出看 。消費者使用 LED 的總成本包括投資成本和運行成本。根據(jù)中投證券研究所 2022 年底援引美國圣地亞國家實驗室所做的 LED 照明成本分析，投資成本指將購買成本按使用周期分攤后平均每照14 / 72明單位（每兆流明）的成本，運行成本指燈泡在使用運行過程中平均每照明單位（每兆流明）的成本，二者之和即為擁有成本（總成本）。到 2022 年，其擁有成本將降到 美元/兆流明時,將低于熒光燈的 1 美元/ 兆流明,到 2020 年,其擁有成本將到 美元/兆流明時,其擁有成本將只有熒光燈的一半。表 5：LED 照明成本分析●與其他光源的比較LED 燈泡與熒光燈、白熾燈比較。據(jù)日本 LED 協(xié)會估計：在某些情況下，LED 照明的整體成本 (照明燈具加上電費 )已經(jīng)優(yōu)于熒光燈解決方案。對于亮度相當于 60W 的 LED 燈泡而言， 40000 小時壽命周期的總成本約為 10000 日元；同樣是 40000 小時照明，使用白熾燈時，由于每個燈泡的壽命只有 1000 小時，則其總成本將超過 50000 日元；使用熒光燈泡時，其成本約為 16000 日元(見圖4)。當累計照明時間超過 14000 小時，LED 燈泡的整體成本就將優(yōu)于熒光燈泡?？梢姡琇ED 照明具有長期成本優(yōu)勢。圖 8：三種照明器具的整體成本15 / 72日本LED協(xié)會估計，到 2022年左右，LED 每單位亮度的成本將下降到每流明1日元——這是進入實用化的關(guān)鍵目標。實際上，這個日期將有可能大幅提前。日亞化學工業(yè)公司的田崎登解釋說：“目前，LED照明價格每年的下降幅度都在20%以上，我認為今后的價格下降速度不會放緩?！盠ED背光模組與傳統(tǒng) CCFL背光模組比較。CCFL 背光模組目前主要用于液晶顯示領域如液晶電視、臺式電腦等，而這些領域也是LED背光模組的應用市場。據(jù)申銀萬國研究報告，采用LED(Light Emitting Diode)背光模組的電視比傳統(tǒng)LCD 電視在外觀、畫質(zhì)、節(jié)能方面更具優(yōu)勢。如下表所示,LED 電視采用發(fā)光二極管作為背光源,比CCFL 背光的傳統(tǒng)液晶電視在厚度、畫面質(zhì)量、壽命、節(jié)能環(huán)保上更具