超高亮與白光led產業鏈處于起步階段

　　超高亮度及白光LED 行業,近幾年來發展非常迅速,無論在技術上或產品產業化方面,均已有很大突破。據報道現已做出發光效率達120lm/w的白光LED,超高亮度LED市場2001年為12億美元,2002年市場約為16億美元,世界主要發達國家及相關大公司均已投入大量資金和人力,力爭在近幾年內實現半導體白光照明 產業化。國內LED行業也正處于高速發展階段,隨著我國改革開放政策的進一步實施,來華投資LED的公司愈來愈多,這將對我國LED產業發展起到積極的推動作用,我們要很好地利用這些有利條件。經過幾年的發展,中國有可能成為世界LED產業的基地之一。

　　國內LED產業的發展從20世紀70年代開始,早期由中科院長春物理所、廈門大學物理系、中國電子 科技集團公司第13所、浙江大學等幾個高校、研究所開展研究工作,當時原電子工業部重點扶植七四六廠(南昌)、蘇州半導體廠和長春半導體廠等幾個重點企業。這些單位主要以Gap、GaAlAs材料為主,開展氣相、液相外延生長,芯片制造和后工序環氧封裝,他們做出了以Gap為主的紅、橙、黃、綠色LED,并開發出GaAlAs高亮度紅、橙色LED。在應用上開展各種顯示器的研發,能基本滿足國內儀器|儀表儀表、設備和各種顯示器的要求,特別在屏幕顯示方面,做了很多拓展應用的工作,開發各種大、中、小屏幕顯示器,這些產品能滿足各種不同要求的屏幕顯示用途,并逐步形成一支強大的隊伍。在紅外LED方面,有中電科技集團公司第13所、上海冶金 所、中國電子科技集團公司第44所等單位進行研究開發,主要是以GaAs和GaAlAs材料為主,開發出多種近紅外LED,并取得很多研究成果,均已達到產業化水平。

　　經過十幾年的努力,到目前已形成年產30億只普通led芯片的能力(主要是南昌欣磊公司),并在后工序封裝、LED應用以及配套等方面形成普通led產品的產業鏈。從20世紀90年代開始,由于AlGaInp紅、橙、黃色超高亮度LED及GaN基藍光LED的出現,國內更多的高校、研究所加入研究開發的行列,特別是近幾年有很多有實力的企業投入超高亮度及白光LED行業,逐步形成現在的發展狀況。據初步了解,國內從事LED產業的單位超過400家(外商除外),從業人員超過5萬人,其中技術人員超過5000人。2002年LED產量超過150億只,產值超過80億元;2003年LED產值超過100億元,產量約200億只,其中超高亮度LED有幾十億只。近幾年LED的發展速度超過30%,其中超高亮度LED的發展速度超過50%。

　　自中國改革開放以來,境外不少LED企業投資我國,初步估計這些與LED相關的企業已超過100家,對我國LED產業的發展起了很大的推動作用。他們的加入也使這一行業的競爭更為激烈,從而加快了LED產業的發展進程。隨著中國改革開放政策的進一步實施,世界LED產業的制造部分,有可能在今后若干年內大量投資我國,尤其是日本、韓國等國家和地區,大舉投資我國LED產業的可能性更大,加上我國LED產業的自身快速發展,我國有可能成為世界LED產業的主要基地之一。

　　超高亮度LED主要指AlGaInp的紅、橙、黃色LED,GaN基藍、綠、紫和紫外光LED,在20世紀90年代,我國部分高校及研究機構已投入這些領域進行研究、開發,并與企業合作 ,開展產業化工作,取得了可喜的成績。到目前為止,國內四元系AlGaInp的紅、橙、黃色芯片已經可以批量生產,估計每年可提供8億～10億只,GaN基藍、綠色芯片已可以小批量生產,估計每年可提供3億只左右,白光LED(小功率)封裝產品已批量生產,芯片以進口為主,估計年產約為5億～8億只。

　　超高亮與白光LED前工序取得初步進展

　　20世紀90年代,國際上對四元系AlGaInp和GaN基的研究獲得了超高亮度LED,與此同時,我國部分大學及研究機構也投入該領域進行研究和開發。在高校、研究所和企業之間,合作形式有產學研結合,也有轉讓科技成果。經過多年的努力,取得很多可喜的成果。

　　四元系AlGaInp超高亮度LED

　　早期投入研究開發的有13所、山東大學、中科院半導體所等單位,主要在材料外延方面取得突破,并同時研發紅、橙、黃色超高亮度LED芯片,現已通過相關部門的鑒定,并與企業合作開展產業化工作。接著,山東華光光電子|激光器件公司、13所、廈門三安公司在材料外延和芯片制造的產業化方面都取得進展,能批量提供紅、橙、黃色超高亮度LED外延片和芯片。在芯片制造方面,還有上海大晨公司、南昌欣磊公司和深圳普光公司等多家企業均能夠批量提供超高亮度AlGaInp紅、橙、黃色LED芯片。

　　就目前國內能提供的四元系AlGaInp紅、橙、黃色LED芯片來看,總產量太少,還遠不能滿足市場的需求,目前這幾種芯片大部分還是依靠進口。此外,國內企業還無法提供發射功率較大的高檔次芯片,而芯片參數的一致性、抗光衰、可靠性指標等有待進一步提高。

　　GaN基藍、綠色LED

　　在GaN基藍、綠色LED方面,早期投入研究、開發的有北京大學、清華大學、南昌大學、中科院半導體所、物理所等單位。由于這些高校、研究機構的條件較好,高級人才相對集中,經過他們的努力,都分別研制出GaN基藍光LED芯片,有的單位還研制出GaN基綠色、紫外LED芯片,而且通過了相關部門的鑒定。接著這些研究機構與企業結合或轉讓科研成果,逐步進行產業化。北大與上海有關方面合作成立了上海北大藍光公司,清華大學與山東有關方面合作成立山東英克萊公司,物理所與有關單位合作成立上海藍寶公司,半導體所、南昌大學分別把科研成果有償轉讓給深圳方大公司,廈門三安公司與美國某公司談判合作事宜,大連路明科技公司與美國AXT公司合作成立新公司。

　　一些單位在上述基礎上還開發了白光LED,都取得很好的研究成果。這些企業目前均能小批量提供GaN基藍、綠色LED芯片,他們正在逐步解決藍、綠LED產業化過程中所出現的各種技術、工藝和管理 問題。另外,他們均在尋找合作對象,希望增加資金投入,擴大產業化規模。相信他們將很快批量提供藍、綠色和紫外光LED芯片,為我國白光照明事業做出貢獻。

　　目前,國內GaN基藍、綠色LED仍然存在以下問題：芯片未能批量提供,大功率芯片尚未突破,芯片的參數一致性、抗光衰和可靠性指標等有待進一步提高。

　　基礎研究開發

　　除了上述提到的那些單位之外,還有很多單位對Ⅲ-Ⅴ族半導體化合物材料做了不少基礎研究工作,如南京大學、華南師范大學、復旦大學、浙江大學、廈門大學、西安交大、中國電子科技集團公司第55所等單位都做出很多成果并發表很多論文,有的申請了專利,這將對AlGaInp和GaN基的超高亮度LED發展起到很大的推動作用。另據了解,目前有6個到8個單位,即高校、研究所及合作企業,在開展大功率LED芯片的研發工作,他們開發的內容包括功率為1瓦到幾瓦的LED器件,倒裝芯片及封裝技術等,而且將在近期內做出樣品,這將加速白光照明的發展。

　　超高亮及白光LED后工序有發展潛力

　　國內LED產品的后工序封裝能力應該說是很強的。據初步了解,國內有LED封裝廠300家以上,其中很多廠家為私營企業,規模較小,分布相對集中,例如,在珠江三角洲一帶,LED封裝廠就超過100家,整體封裝能力每年超過200億只。國內超高亮度及白光LED,2003年封裝數量估計為50億只左右,其增長率超過50%,LED加工出口的量也很多,每年至少有幾十億只出口。

　　后工序封裝情況

　　國內LED封裝的能力較強,封裝的品種也較全,可封裝各種外形尺寸和不同顏色的led顯示器件,包含各種單管、復合管、數碼顯示器、專用顯示器、背光源和SMD器件等。大部分企業均可封裝AlGaInp超高亮度紅、橙、黃色LED,而對需要一定投入和技術支持的GaN基藍、綠色及白光LED,只有部分實力較強的企業可以封裝,總體來說,白光LED的封裝技術有待提高。

　　從封裝企業的規模來看,很多封裝企業投資較少,規模偏小,以手工設備為主。封裝LED的質量和一致性較差。具有一定實力的后工序封裝企業,投資較多,具有一定規模,一般都配備全自動裝片機、全自動壓焊機、全自動封裝設備、全自動測試設備,還有幾家已配備SMD全套自動封裝設備,這些企業封裝出來的LED產品的質量、一致性和可靠性很高,是國內封裝企業的主力。

　　國內實力較強的企業主要包括：佛山光電、廈門華聯、寧波愛米達、惠州華崗、江西聯創、天津天星和江蘇穩潤等。另據了解,已有部分有實力的企業正在開展功率LED和白光LED封裝的研發工作,并取得了一定的成果。這將為led白光照明產業的發展起到推動作用。

　　LED封裝的配套件

　　國內為LED封裝的各種配套能力也是很強的,這里指的是主要原材料和配套件,如金絲、硅鋁絲、環氧樹脂、銀漿、支架 、條帶、電鍍、塑料框架和各種塑料件、封裝模具、各種金屬件及工夾具等。據了解,這些配套企業已超過200家,主要分布在珠江三角洲和浙江省寧波市及其周邊地區。

　　熒光粉

　　白光LED目前主要材料還有熒光粉,有用藍光激發的黃、綠色熒光粉、紅色及綠色熒光粉,還有用紫外光激發的三基色熒光粉。雖然目前廣東、浙江有幾個企業也在提供,但其性能和使用壽命有待提高。國內有些有實力的企業,如廈門通士達公司正在努力研發相應的產品,中科院長春物理所、北京有色院、北京大學化學系均對熒光粉做了很多工作,相信經過他們的努力一定會出現性能更好的熒光粉,為LED白光照明產業化做出貢獻。

　　超高亮及白光LED封裝存在的問題

　　超高亮及白光LED封裝存在3個主要問題,其一,封裝企業數偏多,企業規模偏小,幾個有一定實力的企業,年封裝能力也只有2億～4億只。而只有年封裝能力達到每年10億只以上,才能參與國際市場競爭。其二,目前超高亮度LED芯片主要依靠進口,高檔次、性能較好的芯片很難購進。大功率LED封裝剛處于開發階段,主要是苦于沒有大功率LED芯片,很難在封裝上有所突破。其三,對于封裝白光LED來說,目前幾種熒光粉性能有待盡快提高。

　　超高亮度及白光LED熱點應用領域

　　由于超高亮度LED具有非常廣泛的用途,特別是藍光LED的出現,給應用面帶來更豐富的內容。目前國內有幾百個單位在開發、生產超高亮度LED的各種應用,熱點應用主要包括以下幾個主要方面:大、中、小屏幕顯示器：各種廣告 牌、體育記分牌、金融和交通指示牌等,分為全色、三色、單色顯示屏|顯示器件,全國共有100多個單位在開發生產,現已成立led顯示屏分會,2002年全國市場超過20億元,幾乎全部采用國產顯示屏。

　　汽車用燈：包含汽車內部的儀表板、音響指示燈、開關的背光源、閱讀燈和外部的剎車燈、尾燈、側燈、頭燈等均在逐步采用LED顯示。據報道,2001年全世界超高亮度LED在汽車上的用量占26%的份額,一部汽車可用LED芯片(或管子)200只到300只,我國汽車工業正處于大發展時期,是推廣超高亮度LED的極好時機。

　　背光源：主要是液晶LCD顯示器上用的背光源,有白色和其他各種顏色,現階段手機背光源用量非常大,一年要用35億只LED芯片。據報道,全世界2001年超高亮度LED在背光源上的用量占30%的份額。目前我國手機生產量很大,而且大部分LED背光源還是進口的,對于我國LED產品來說,這也是個極好的市場機會。

　　交通信號燈：主要用超高亮度紅、綠、黃色LED,因為采用LED信號燈既節能,可靠性又高,所以在全國范圍內,交通信號燈正在逐步更新換代,而且推廣的速度很快,市場需求量很大,是個很好的市場機會。

　　景觀照明、裝飾燈及各種專用顯示器：市場用量很大,估計每年用量為幾十億只芯片。

　　白光照明：已開始從小功率白光LED燈用起,如安全照明燈、顯微鏡燈、白光背光源、手電筒、特種白光照明等,并逐步向白光照明邁進。

　　這里要指出的是在超高亮度及白光LED應用方面要抓住北京2008年奧運會相關照明顯示工程中LED的項目,這是個推動LED照明業發展的極好機會。另外,只有加快在超高亮度及白光LED這個領域的推廣應用,才能給該領域的發展打下堅實的基礎,才能加快發展的速度,為早日實現白光照明產業化提供保證。

　　全球2008年LED銷售額將逾56億美元

　　行業分析機構CIR的研究報告預測,全球發光二極管的市場銷售額將從2004年的32億美元增至2008年的56億美元。

　　CIR的報告稱,在2004年到2008年,高亮度發光二極管(HB-LED)或基于半導體的燈具的市場銷售額將由16億美元增至26.4億美元;而超高亮度發光二極管(UHB-LED)的市場銷售額則會從2006年起實現快速增長,并將于2008年贏得全球市場份額的22%。

　　普通燈具將成為主要應用產品,并將于2008年實現銷售額8.44億美元。

　　CIR指出,從2004年起,發光二極管的成本將開始急速下降。成本下降將使銷量迅猛增長,其中,標準的和用于顯示器的發光二極管將占這類產品出貨的大部分。但是,2008年,高亮度發光二極管和超高亮度發光二極管將占發光二極管營收的絕大部分。