半导体照明LED产业发展情况精.docx

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半导体照明LED产业发展情况精

半导体照明（LED）产业发展情况相关资料

行业简况2

主要机理3

LED是如何实现其显示功能的？

3

LED是如何分类的？

4

“理论速度可达5GHz”LED有望进入通信领域5

纳米碳管发光及平面显示器件6

深圳产业发展情况8

全国半导体照明企业深圳占七成8

半导体照明产业链初现深圳9

深圳光通信器材占全国六成行业发展位前列11

国内国际产业发展11

半导体照明：

主导未来照明产业11

半导体照明商机巨大整合资源发展产业产业链13

半导体灯：

一辈子也用不了两盏15

我们必须紧紧咬住半导体灯的机遇17

白色LED的开发和应用19

美国能源部发布以半导体照明节能潜力为主题的研究报告23

澳柯玛发力半导体照明产业23

产业动态25

国际半导体照明论坛共谋产业发展25

半导体照明产业酝酿重大突破25

服务奥运全国电子展首推照明产业发展论坛27

ＬＥＤ应用市场不断扩大27

氮化镓基白光LED的开发应用可行性报告30

LED显示屏的应用及产业与市场发展33

行业简况

LED（发光二极管）是将电能转化为光能的发光器件。

发光二极管（LED是上世纪60年代后期发展起来的一种半导体光电器件。

90年代日本日亚公司率先推出氮化镓基蓝、绿光LED，开创了氮化物半导体材料新纪元，蓝、绿光LED迅速在平板显示、固体照明、背光照明等领域获得广泛应用。

1994年以来，蓝色、绿色发光二极管相继开发，LED的发光波长从红色到蓝色全面覆盖而具有极高的发光效率，并实现了"全彩色显示"，由此而成功合成了白色发光二极管，大大拓展了LED的应用领域，形成了一个朝阳无限的LED产业。

据统计，从1993年起，全球LED产业每年平均增长率超过10％，发展十分迅速，其中LED红外光和可见光都有稳定的扩张。

美国市场调研公司StrategiesUn-limited分析数据显示，2001年世界氮化镓器件市场接近7亿美元。

据该公司预测，2009年氮化镓器件市场容量将扩大到48亿美元。

LED的应用广泛，从证券营业部的行情显示到机场车站的电子广告发布，从随身携带的手机到膝上的笔记本电脑，LED无处不在，广泛地应用于电子显示、新型照明、数字存储、光纤通讯、激光印刷以及军事等领域，产品包括LED芯片、LED发光管、LED灯泡、LED引线框架和发光显示器等等，显示了朝阳无限的灿烂前景。

由于半导体灯具有节能、长寿命、免维护、易控制、环保等优点，所以业内人士普遍认为，如同半导体晶体管替代电子管一样，半导体灯替代传统灯也是大势所趋。

对于半导体灯来说，红光、黄光灯是低端产品，这种灯目前已实现批量生产，其中我国的生产成本最有竞争力，已用于道路照明、装饰等特种照明。

低成本、高亮度、大功率的白光灯才是高端产品。

美国最新开发出5瓦的白光灯，我国则可生产1.5瓦白光灯。

但价格都太高，是白炽灯的十几倍。

因此，日本、美国、欧盟等启动的半导体照明计划，主攻方向之一就是降低造价。

他们提出的让半导体灯经济可行并大规模替代白炽灯的时间表，大致为2006年和2007年。

美国能源部计划，到2010年前后，用半导体灯代替55%的白炽灯和荧光灯，每年可节约350亿美元。

据测算，7年后仅在美国，半导体照明就可形成一个500亿美元的大产业。

发达国家对发展半导体照明产业相当重视，日本、美国、欧盟和韩国纷纷出台国家半导体照明计划，争取抢占未来400亿美元照明光源市场先机。

美国能源部提出的“下一代照明光源计划”已被列入“能源法案”，该计划为期长达10年，耗资将达5亿美元。

日本通商产业省在1998年就设立了“21世纪光计划”项目，计划5年内开发新型半导体材料、衬底、荧光粉和照明灯具等。

世界三大照明巨头通用电气、飞利浦和奥斯拉姆纷纷与半导体公司结合，组建半导体照明公司。

为了适应市场对LED需求的快速增长，我国已将LED作为"31项国家鼓励发展的电子产品"之一和"20种鼓励外商投资的电子产品和技术"之一，重点予以发展。

随着政策的扶持和资金、技术的到位，国内厂家大有可为。

国内在LED技术方面与国际先进技术差距不大，早在上个世纪90年代初，深圳出现了十多家从事LED封装及应用的企业，如今深圳这类企业达到数百家之多，占全国同行业企业总数的70％以上，LED产品有的已远销欧美。

少数有实力的高科技企业开始注意到半导体照明的诱人商机，纷纷“试水”半导体照明产业的中上游。

方大集团1999年开始进军氮化镓光电子产业，利用中国科学院半导体研究所和南昌大学等科研院所的“863计划”高新技术成果，开发生产具有自主知识产权的氮化镓材料及光电子器件。

去年，方大投资1.2亿元进行二期建设，从英国和德国订购了两套大型MOCVD系统及配套设备，设计生产能力达到年产外延片36000片和芯片500KK。

如今，方大内部已形成从氮化镓基LED外延片、芯片、荧光粉到照明工程应用产品开发的产业链，产品应用于装饰和通用照明工程；奥普光电子公司成功研制了采用提拉法稳定生产蓝宝石晶体工艺技术，并实现了蓝宝石晶片超精密加工的小规模试生产；淼浩高新科技开发公司的“大尺寸外延用蓝宝石衬底晶体产业化生产关键技术”被评为2003年“信息产业重大技术发明项目”。

近两年，深圳半导体照明产业已初具规模，逐步形成了“蓝宝石—外延—晶粒—封装—应用”的完整产业链。

面对急剧增长的市场需求，深圳半导体照明产业链上的企业首次共聚一堂，谋求成立产业合作组织，与同行探讨技术难题与市场热点，共享科研资源，联手做大深圳半导体照明产业这块“蛋糕”。

主要机理

LED是如何实现其显示功能的？

一、什么是LED？

　　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。

LED的发光颜色和发光效率与制作LED的材料和工艺有关，目前广泛使用的有红、绿、蓝三种。

由于LED工作电压低（仅1.5-3V），能主动发光且有一定亮度，亮度又能用电压（或电流）调节，本身又耐冲击、抗振动、寿命长（10万小时），所以在大型的显示设备中，目前尚无其他的显示方式与LED显示方式匹敌。

把红色和绿色的LED放在一起作为一个象素制作的显示屏叫双色屏或彩色屏；把红、绿、蓝三种LED管放在一起作为一个象素的显示屏叫三色屏或全彩屏。

制作室内LED屏的象素尺寸一般是2-10毫米，常常采用把几种能产生不同基色的LED管芯封装成一体，室外LED屏的象素尺寸多为12-26毫米，每个象素由若干个各种单色LED组成，常见的成品称象素筒，双色象素筒一般由3红2绿组成，三色象素筒用2红1绿1兰组成。

　　无论用LED制作单色、双色或三色屏，欲显示图象需要构成象素的每个LED的发光亮度都必须能调节，其调节的精细程度就是显示屏的灰度等级。

灰度等级越高，显示的图像就越细腻，色彩也越丰富，相应的显示控制系统也越复杂。

一般256级灰度的图像，颜色过渡已十分柔和，而16级灰度的彩色图像，颜色过渡界线十分明显。

所以，彩色LED屏当前都要求做成256级灰度的。

二、控制LED亮度的方法：

　　有两种控制LED亮度的方法。

一种是改变流过LED的电流，一般LED管允许连续工作电流在20毫安左右，除了红色LED有饱和现象外，其他LED亮度基本上与流过的电流成比例；另一种方法是利用人眼的视觉惰性，用脉宽调制方法来实现灰度控制，也就是周期性改变光脉冲宽度（即占空比），只要这个重复点亮的周期足够短（即刷新频率足够高），人眼是感觉不到发光象素在抖动。

由于脉宽调制更适合于数字控制，所以在普遍采用微机来提供LED显示内容的今天，几乎所有的LED屏都是采用脉宽调制来控制灰度等级的。

　　LED的控制系统通常由主控箱、扫描板和显控装置三大部分组成。

主控箱从计算机的显示卡中获取一屏象素的各色亮度数据，然后重新分配给若干块扫描板，每块扫描板负责控制LED屏上的若干行（列），而每一行（列）上LED的显控信号则用串行的方式传送。

目前有两种串行传送显示控制信号的方式：

一种是扫描板上集中控制各象素点灰度，扫描板将来自控制箱的各行象素的亮度值进行分解（即脉宽调制），然后将各行LED的开通信号以脉冲形式（点亮为1，不亮为0）按行用串行方式传输到相应的LED上，控制其是否点亮。

这种方式使用器件较少，但串行传输的数据量较大，因为在一个重复点亮的周期内，每个象素在16级灰度下需要16个脉冲，在256级灰度下需要256个脉冲，由于器件工作频率限制，一般只能使LED屏做到16级灰度。

　　另一种方法是扫描板串行传输的内容不是每个LED的开关信号而是一个8位二进制的亮度值。

每个LED都有一个自己的脉宽调制器来控制点亮时间。

这样，在一个重复点亮的周期内，每个象素点在16级灰度下只需要4个脉冲，256级灰度下只需8个脉冲，大大降低了串行传输频率。

用这种分散控制LED灰度的方法可以很方便地实现256级灰度控制。

LED是如何分类的？

根据应用场所分类

　　根据应用场所的不同，可将LED显示屏分为室内与室外两种。

　　*室内屏　　主要用于室内，在制作工艺上首先是把发光晶粒做成点阵模块（或数码管，再由模块拼接为一定尺寸的显示单元板，根据用户要求，以显示单元板为基本单元拼接成用户所需要的尺寸。

根据像素点的大小，室内屏分为φ3，φ3.75,φ5,φ8，φ10等。

　　*户外屏　　主要用于室外，在制作工艺上首先是把发光晶粒封装成单个的发光二极管，称之为单灯，用于制作户外屏的单灯一般都采用具有聚光作用的反光杯来提高亮度；再由多只LED单灯封装成单只像素管或像素模组，而由像素管或像素模组成点阵式的显示单元箱体，根据用户需要及显示应用场所，以一个显示单元箱体为基本单元组成所需要的尺寸。

箱体在设计上应密封，以达到防水防雾的目的，使之适应户外环境。

根据像素点的大小，户外屏分为φ10,φ12,φ16，φ18,φ21,φ26等规格。

·根据基色分类

　　根据所采用的LED的颜色，可将LED显示屏分为单基色、双基色、全彩色三种。

　　*单基色　　每个像素点只有一种颜色，多数用红色，因为红色的发光效率较高，可以获得较高的亮度，也可以用绿色，还可以是混色，即一部分用红色，一部分用绿色，一部分用黄色。

　　*双基色　　每个像素点有红绿两种基色，可以叠加出黄色，在有灰度控制的情况下，通过红绿不同灰度的变化，可以组合出最多65535种灰度颜色。

　　*全彩色　　也称三基色，每个像素点有红绿蓝三种基色，在有灰度控制的情况下，通过红绿蓝不同灰度的变化，可以很好地还原自然界的色彩，组合出16，777，216种颜色。

·根据功能分类

　　根据屏幕所具有的功能，可将LED显示屏分为条屏，图文屏，视屏以及数码混合屏四种。

　　*条屏系列　　这类显示屏主要用于显示文字，可用遥控器输入，也可以与计算机联机使用，通过计算机发送信息。

可以脱机工作。

因为这类屏幕多做成条形，故称为条屏。

　　*混合屏系列　　数码屏是最廉价的LED显示屏，广泛用于证券交易所股票行情显示、银行汇率、利率显示、酒店海鲜价目表、客房价目表等。

多数情况下，在数码屏上加装条屏来显示欢迎词、通知、广告等。

支持遥控器输入。

　　*图文屏系列　　这类显示屏主要用于显示文字和图形，一般无灰度控制。

它通过与计算机通讯输入信息。

与条屏相比，图文屏的优点是显示的字体字型丰富，并可显示图形，与视屏相比，图文屏最大的优点是一台计算机可以控制多块屏，且可以脱机显示。

　　*视屏系列　　这类显示屏屏幕像元与控制计算机监视器像素点呈一对一的映射关系，有256级灰度控制，所以其表现力极为丰富，配置多媒体卡，视屏还可以播放视频信号。

视屏开放性好，对操作系统没有限制，软件也没有限制，能实时反映计算机监视器的显示。

·特殊要求显示系统

　　包括：

1．组建整个机场、码头、火车站、汽车站的旅客引导系统；

　　　2．组建证券交易所、银行广告、行情显示系统；

　　　3．大型广告显示系统；

　　　4．根据客户要求开发、定制特殊用途的显示系统。

“理论速度可达5GHz”LED有望进入通信领域

2003/10/23

　　【日经BP社报道】无线通信技术国际学会“The6thInternationalSymposiumonWirelessPersonalMultimediaCommunication（WPMC’03）”日前举行了一场专题讨论会，研讨有关使用发光二极管（LED）等可见光的通信技术。

基于可见光的通信技术指的是利用配备LED的室外大型显示屏、照明设备、信号器和汽车前灯等闪光的方法对信息进行调制和传输。

然后利用光敏二极管等光传感器接收光线，并获得信息。

这里利用的是LED比萤光灯和白炽灯切换速度快的特点。

　　在此次专题讨论会上，可见光通信技术研究人员和LED研究人员就传输速度等展开了讨论。

据称，使用LED的通信最初的极限为10Mbit/秒。

要想进一步提高传输速度，“除由照明设备直接照射到光传感器上的光线外，墙面反射的光线成为噪音后，就会对通信造成不良影响”（庆应大学理工学院信息工程系副教授春山真一郎）。

　　不过，LED的切换频率“GaN类LED理论上最大可达到5GHz”（日本山口大学工学院教授田口常正）。

如果开发出能够消除反射光影响的技术，传输速度将能得到进一步提高。

将切换频率提到最大5GHz，主要面临两大课题。

一是取消GaN类LED中常用的蓝宝石底板。

据称，蓝宝石底板主要受GaN类半导体层之间产生的寄生电容（ParasiticCapacitance）的影响，会妨碍切换频率的提高。

　　另一课题是开发再发光时间短的萤光材料。

照明设备LED方面，白色LED是主流。

这种白色LED是通过在GaN类LED芯片中配合萤光材料而实现的。

比如，使用蓝色LED芯片的白色LED就使用将蓝色光波长转换为黄色光波长的萤光材料。

而目前的萤光材料“切换频率的极限约为1GHz。

过去萤光材料的开发优先考虑的是提高波长转换性能，而基本上没有意识到再发光时间”（山口大学的田口）。

　　此外，在此次专题研讨会上还提到了有关使用LED的照明设备的发热问题和有关在多个设备发光的情况下只接收特定设备光线的方法问题。

（记者：

大久保聪）

纳米碳管发光及平面显示器件

利用纳米碳管场发射（CNT-FE）特性，研发和生产CNT-FE照明灯、发光元件阵列和平面显示器；它们是新一代照明、大屏幕显示和平面显示产品。

     纳米碳管（CNT）是一种准一维纳米材料，具有大的形状比（长度/直径和非常小的端部曲率半径（几个－几十个纳米），非常优异的力学、导电和导热性质以及化学稳定性，场发射阈值低（比金属或化合物针尖的阈值低1－2个数量级），特别是它可在普通高真空度（10-7torr）下稳定地进行场发射（金属针尖场发射需要超高真空10－10torr），使纳米碳管成为理想的场发射材料。

利用纳米碳管的场发射电子轰击荧光粉而发光，是上述三种产品的共同物理基础，它们的制备工艺有相同之处，但难度依次递增。

     2000和2001年日本和瑞士科学家分别用纳米碳管制作了场发射照明灯，后者制作的照明灯亮度可达104cd/m2，耗电仅4W。

     1997-98年美国和日本制作了纳米碳管场发射阴极射线管，其中日本制作的CNT-FE-CRT的外径为20mm、高74mm，亮度可达6.3×104cd/m2，寿命超过8000小时。

     2001年韩国成功地制作了4.5和9英寸二极管型CNT-FE彩色平面显示器原型，场发射源中纳米碳管的密度为3－6根/m2，外观厚度仅2.4mm，在3.7V/m下的亮度为1800cd/m2，比热发射CRT和彩色Spindt-FED的亮度大4－6倍；9英寸平面显示器可显示运动图像。

    国际上CNT-FE照明和平面显示技术正处于起步阶段，已取得的进展充分说明了该技术的可行性，CNT-FE照明和平面显示器产业将在未来3－5年内逐步形成，它不仅会对照明和显示事业带来革命性的变革，而且会对社会的环保和可持续性发展做出重大贡献。

在这一领域中我国基本上与国际潮流同步，我们一定要抓住机遇，在新一代照明和平面显示器的激烈国际竞争中有所作为，为我国争得一席之地。

   信息化是全球和中国社会的发展方向，各种显示设备是表达和传播信息必不可少的窗口,因而它具有极大的市场需求。

随着经济和文化的发展，特别是国内市场化和城市化的加速发展，照明和显示技术行业的走势是绝对看好的。

（1照明

   据统计，电能的30％用于照明，可见其市场之广大。

白炽灯正逐步被荧光灯和节能灯所取代，但是荧光灯和节能灯的制备离不开汞，造成生产和回收时的环境污染和破坏，发达国家已将荧光灯和节能灯的生产转移到发展中国家和地区。

荧光灯和节能灯存在频闪，有害人眼健康；近年出现的高频节能灯，虽解决了频闪，但却带来了高频辐射，而且它的价格较高难于普及。

    CNT-FE照明灯是环保型（不含汞）、节能型（亮度为104cd/m2时的耗电仅4W）和健康型（无闪烁、无电磁辐射）的新一代产品；其制作工艺简单、原材料价格低廉；当形成规模化生产后，其价格完全可以与荧光灯和节能灯相竞争，而成为照明的更新换代产品。

     （2大屏幕显示

   目前，大屏幕显示市场的主流产品是发光二极管（LED），它已被广泛地应用于机场、港口、车站的交通信号灯和信息显示屏，大型集会、体育和文娱演出视频直播和信息显示，民用和军用调度指挥中心信息显示，证券交易所、邮政、电信、商业、展览和广告信息显示等领域。

在我国，LED显示屏已形成相当大规模的产业，但由于LED制备工艺复杂（特别是蓝光LED），使LED的产业投资和生产成本高；近年来全彩色LED显示屏体的售价已下降约50％，但目前国内室外全彩显示屏体售价仍高达6－13万元人民币/m2，室内高分辨显示屏体价格高达11－27万元人民币/m2，严重地阻碍了LED显示屏的广泛的应用。

纳米碳管场发射发光元件阵列模块的制备工艺比LED简单得多，投资和生产成本将远低于LED。

按保守估计，纳米碳管大屏幕显示器的售价约为LED大屏幕的40％。

纳米碳管发光元件阵列具有制作成本低、亮度高（大于104cd/m2，LED的亮度约为800－5000cd/m2）、稳定性好、寿命长、功耗低、响应速度快和全彩显示等优点，完全具备与LED挑战的潜力，是一种非常有前途的大屏幕显示新技术。

    （3平面显示器

    阴极射线管（CRT）具有综合显示性能优越、成本低廉的特点，但它的功耗高且体积和重量大，正逐步被LCD和PDP等平面显示器取代。

但是，LCD和PDP都有各自的弱点，例如LCD为非主动发光型显示器，响应速度低，在低温下响应速度变慢而不能正常工作；虽然目前由于生产规模的扩大和商家营销策略的变化，LCD的价格有较大幅度的降低，但仍远高于CRT。

PDP的工作电压较高（120－150V），驱动集成电路复杂、制作成本高，使PDP整机的售价一直居高不下，严重影响了它的推广。

PDP和背照明LCD的制备也离不开汞，会造成严重的环境污染。

    近年来有机发光二极管（OLED）的研究有重大突破，OLED具有自发光、结构简单、超薄、全彩、视角宽等优点，但有机材料的降解会严重影响OLED的寿命，这是OLED的本质缺陷。

Spindt-FED（W或Mo微尖阵列）是微加工技术和场发射技术相结合的产物，它具有功耗小、工作电压低、亮度高、视角宽、响应速度快、全彩色、超薄、寿命长、针尖加工缺陷容忍度大（一个像素对应上千个针尖，部分针尖失效不影响显示性能）和能在严酷环境下可靠工作等优点，是一种非常有前途的平面显示技术，但价格昂贵。

CNT-FED实际上是在Spindt-FED基础上，用纳米碳管代替金属微针尖发展起来的，它除具有Spindt-FED的所有特点外，还具有以下突出优点：

（1）它可在普通高真空（约10－7torr）下正常工作，

（2）由于CNT-FE源性能好，它的亮度（目前可达1800cd/m2远高于LCD、PDP和Spindt-FED（它们的亮度约300－800cd/m2），（3）与Spindt-FED相比，它的制备工艺相对简单，投资和生产成本可有大幅度的降低。

因此，CNT-FED是在市场上向LCD、PDP、OLED和Spindt-FED挑战的强有力的竞争者。

深圳产业发展情况

全国半导体照明企业深圳占七成

出处：

深圳商报

类型：

智能照明行业新闻发布时间：

2004年2月9日

完整产业链初步形成400亿美元商机有待开掘

全国半导体照明企业深圳占七成

     【本报讯】（深圳商报记者林若飞实习生敬丽娜）一种更能适应人类眼睛要求、更能节省能源的照明方式———半导体照明，已经形成庞大的产业集群并将逐步进入人们的日常生活。

记者日前从深圳市科技局了解到，半导体照明产业有着广阔的发展前景，深圳相关企业已经取得许多技术上的突破，逐步形成了“蓝宝———外延———晶粒———封装———应用”的完整产业链。

深圳将把半导体照明产业作为发展高新技术产业的新的增长点，在未来400亿美元半导体照明光源市场中抢占先机。

半导体照明产业市场巨大

      上世纪60年代后期，一种比炽光灯和日光灯更先进的半导体光电器件———发光二极管（LED）开始出现。

90年代日本日亚公司率先推出了氮化镓基蓝、绿光LED，开创了氮化物半导体材料新纪元，蓝、绿光LED迅速在平板显示、固体照明、背光照明等领域获得广泛应用。

据预测，未来半导体照明产业的市场蛋糕将达400亿美元之巨。

深圳起步最早

      据深圳大学光电子研究所所长牛憨笨院士介绍，目前中科院已经向国家提交半导体照明产业发展报告，计划用15年时间发展中国的半导体照明产业。

整个发展计划投资不到三峡水电工程的5％，但是半导体照明普及后一年所节省的电量几乎相当于三峡水库一年的发电量。

而且半导体照明器件的使用寿命，要比日光灯长10倍、比白炽灯长100倍。

      据了解，深圳是国内半导体照明产业起步较早的地区之一。

早在上个世纪90年代初，深圳就开始出现了10多家从事LED封装及应用的企业。

如今深圳这类企业达到数百家之众，占全国同行业企业总数的70％以上，其LED产品有的已远销欧美。

进入90年代末期后，少数有实力的高科技企业逐渐注意到半导体照明产业的诱人商机，开始参与到半导体照明产业的生产链中来。

方大集团1999年开始进军氮化镓光电子产业，开发生产具有自主知识产权的氮化镓材料及光电子器件；奥普光电子公司成功研制了采用提拉法稳定生产蓝宝石晶体工艺技术，并实现了蓝宝石晶片超精密加工的小规模试生产；淼浩高新科技开发公司被评为2003年国家“信息产业重大技术发明项目”的“大尺寸外延用蓝宝石衬底晶体产业化生产关键技术”，在半导体照明产业链中的上游关键技术方面取得重大突破。

如今，深圳的半导体照明产业逐步形成了“蓝宝———外延———晶粒———封装———应用”的完整产业链。

半导体照明产业有望成新亮点

      记者在采访中了解到，方大集团股份有限公司推出的GaN基蓝、绿光发光二极管外延片和芯片迅速获得市场认可，产品供不应求；深圳瑞丰光电子有限公司生产的贴片式发光二极管，已经大批量应用于手机背光源照明、仪器仪表照明以及各类液晶模组的照明；深圳市凯信光电有限公司生产的LED光电子器件产品目前正越来越多地进入国