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LED产业概述共36页
LED产业概述（2011）36页
LED（LightEmittingDiode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。
LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。
半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。
但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N结。
当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。
而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。
LED的分类
1．按发光管发光颜色分
按发光管发光颜色分，可分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等。
另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。
根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。
散射型发光二极管和达于做指示灯用。
2．按发光管出光面特征分
按发光管出光面特征分圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。
圆形灯按直径分为φ2mm、φ4.4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm及φ20mm等。
国外通常把φ3mm的发光二极管记作T-1；把φ5mm的记作T-1（3/4）；把φ4.4mm的记作T-1（1/4）。
由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。
从发光强度角分布图来分有三类：
（1）高指向性。
一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。
半值角为5＆#176;～20＆#176;或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统。
（2）标准型。
通常作指示灯用，其半值角为20＆#176;～45＆#176;。
（3）散射型。
这是视角较大的指示灯，半值角为45＆#176;～90＆#176;或更大，散射剂的量较大。
3．按发光二极管的结构分
按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。
4．按发光强度和工作电流分
按发光强度和工作电流分有普通亮度的LED（发光强度100mcd）；把发光强度在10～100mcd间的叫高亮度发光二极管。
一般LED的工作电流在十几mA至几十mA，而低电流LED的工作电流在2mA以下（亮度与普通发光管相同）。
除上述分类方法外，还有按芯片材料分类及按功能分类的方法。
LED的色彩与工艺：
制造LED的材料不同，可以产生具有不同能量的光子，借此可以控制LED所发出光的波长，也就是光谱或颜色。
历史上第一个LED所使用的材料是砷（As）化镓（Ga）,其正向PN结压降（VF，可以理解为点亮或工作电压）为1.424V，发出的光线为红外光谱。
另一种常用的LED材料为磷（P）化镓（Ga），其正向PN结压降为2.261V，发出的光线为绿光。
基于这两种材料，早期LED工业运用GaAs1-xPx材枓结构，理论上可以生产从红外光一直到绿光范围内任何波长的LED，下标X代表磷元素取代砷元素的百分比。
一般通过PN结压降可以确定LED的波长颜色。
其中典型的有GaAs0.6P0.4的红光LED，GaAs0.35P0.65的橙光LED，GaAs0.14P0.86的黃光LED等。
由于制造采用了鎵、砷、磷三种元素，所以俗称这些LED为三元素发光管。
而GaN（氮化镓）的蓝光LED、GaP的绿光LED和GaAs红外光LED，被称为二元素发光管。
而目前最新的工艺是用混合铝（Al）、钙（Ca）、铟（In）和氮（N）四种元素的AlGaInN的四元素材料制造的四元素LED，可以涵盖所有可见光以及部份紫外光的光谱范围。
发光强度：
发光强度的衡量单位有照度单位（勒克司Lux）、光通量单位（流明Lumen）、发光强度单位（烛光 Candlepower）
1CD（烛光）指完全辐射的物体，在白金凝固点温度下，每六十分之一平方厘米面积的发光强度。
（以前指直径为2.2厘米，质量为75.5克的鲸油烛，每小时燃烧7.78克，火焰高度为4.5厘米，沿水平方向的发光强度）
1L（流明）指1CD烛光照射在距离为1厘米，面积为1平方厘米的平面上的光通量。
1Lux（勒克司）指1L的光通量均匀地分布在1平方米面积上的照度。
一般主动发光体采用发光强度单位烛光CD，如白炽灯、LED等；反射或穿透型的物体采用光通量单位流明L，如LCD投影机等；而照度单位勒克司Lux，一般用于摄影等领域。
三种衡量单位在数值上是等效的，但需要从不同的角度去理解。
比如：
如果说一部LCD投影机的亮度（光通量）为1600流明，其投影到全反射屏幕的尺寸为60英寸（1平方米），则其照度为1600勒克司，假设其出光口距光源1厘米，出光口面积为1平方厘米，则出光口的发光强度为1600CD。
而真正的LCD投影机由于光传播的损耗、反射或透光膜的损耗和光线分布不均匀，亮度将大打折扣，一般有50％的效率就很好了。
实际使用中，光强计算常常采用比较容易测绘的数据单位或变向使用。
对于LED显示屏这种主动发光体一般采用CD／平方米作为发光强度单位，并配合观察角度为辅助参数，其等效于屏体表面的照度单位勒克司；将此数值与屏体有效显示面积相乘，得到整个屏体的在最佳视角上的发光强度，假设屏体中每个像素的发光强度在相应空间内恒定，则此数值可被认为也是整个屏体的光通量。
一般室外LED显示屏须达到4000CD／平方米以上的亮度才可在日光下有比较理想的显示效果。
普通室内LED，最大亮度在700～2000CD／平方米左右。
单个LED的发光强度以CD为单位，同时配有视角参数，发光强度与LED的色彩没有关系。
单管的发光强度从几个mCD到五千mCD不等。
LED生产厂商所给出的发光强度指LED在20mA电流下点亮，最佳视角上及中心位置上发光强度最大的点。
封装LED时顶部透镜的形状和LED芯片距顶部透镜的位置决定了LED视角和光强分布。
一般来说相同的LED视角越大，最大发光强度越小，但在整个立体半球面上累计的光通量不变。
当多个LED较紧密规则排放，其发光球面相互叠加，导致整个发光平面发光强度分布比较均匀。
在计算显示屏发光强度时，需根据LED视角和LED的排放密度，将厂商提供的最大点发光强度值乘以30％～90％不等，作为单管平均发光强度。
一般LED的发光寿命很长，生产厂家一般都标明为100,000小时以上，实际还应注意LED的亮度衰减周期，如大部分用于汽车尾灯的UR红管点亮十几至几十小时后，亮度就只有原来的一半了。
亮度衰减周期与LED生产的材料工艺有很大关系，一般在经济条件许可的情况下应选用亮度衰减较缓慢的四元素LED。
配色、白平衡：
白色是红绿蓝三色按亮度比例混合而成，当光线中绿色的亮度为69%，红色的亮度为21％，蓝色的亮度为10％时，混色后人眼感觉到的是纯白色。
但LED红绿蓝三色的色品坐标因工艺过程等原因无法达到全色谱的效果，而控制原色包括有偏差的原色的亮度得到白色光，称为配色。
当为全彩色LED显示屏进行配色前，为了达到最佳亮度和最低的成本，应尽量选择三原色发光强度成大致为3:
6:
1比例的LED器件组成像素。
白平衡要求三种原色在相同的调灰值下合成的仍旧为纯正的白色。
开篇之辞
半导体照明（LED）这个产业现在很热，关注这个新兴产业的大约有这样五类人：
一类埋头苦干：
已经进入LED行业，正在昂首阔步，抑或苦苦挣扎的同仁们；
一类积极试探：
一群来自其他光源的邻居们，还有一些八竿子打不着的亲戚，传统照明的朋友居多；
一类作壁上观：
和光源关联的一些行业机构、投资机构、媒体等，以传统照明领域为主；
一类指点江山：
大批支持LED光源的专家学者、企业精英，还有著名的CSA；
一类等待升迁：
那些追求绿色GDP的各级政府官员们，充满期待的支持着。
这个命题的上一篇文章粗略介绍了当前国内LED产业的态势，并为大家展示了一次“焦点对谈”的话题观点，更多讲的是整个产业的市场化运营思维，而没有以大篇幅的数据图表分析产业链，那属于咨询公司产业报告的“招式”，本文只想为关注LED的人们提供一些方向性的“心法”，让大家了解在中国做成LED事业，需要把握的基本规则和一些值得关注的方向。
有人把LED按产业链关系细分成五个部分：
原材料；LED上游产业（外延芯片）；LED中游产业（器件封装）；LED下游产业（集成应用）；测试仪器和生产设备。
个人比较喜欢外延芯片、器件封装、集成应用三部分的简洁方式，我想并不矛盾。
LED产业具有典型的不均衡产业链结构，上游的“外延芯片”是典型的技术或资本密集的“三高”产业：
高难度、高投入、高风险，在某些环节技术难度极大、工艺精度要求极高、对技术和设备的依赖极强，而处于产业链下游的“器件封装”和“集成应用”环节壁垒很低，属于劳动密集型产业。
开篇心法：
技术VS市场，双手都要抓，两手都要硬。
有感于当今的各类论坛、研讨会大谈技术的同时，却忽略了市场的暗流涌动，或者大家都把自己的市场策略当做“秘笈”，借用一句互联网大佬的话：
在今天的商场上已经没有秘密了，秘密不是你的核心竞争力。
半导体照明（LED）是高新技术产业，顾名思义，技术无疑是开路先锋，没有技术，你只能站在门外等待了；但技术总有成熟稳定的阶段，对于已经踏入这个产业的同仁，市场就是唯一出路了，没有市场，技术只能在实验室里发霉。
所以，千万别让“先锋”成为“先驱”，那不是节能，是在浪费。
上游之路
LED上游产业主要是指LED发光材料外延制造和芯片制造。
由于外延工艺的高度发展，器件的主要结构如发光层、限制层、缓冲层、反射层等均已在外延工序中完成，芯片制造主要是做正、负电极和完成分割检测。
技术环境：
国际企业在领跑 台湾授权搞得好 国内创新等失效
众所周知，外延芯片技术是LED产业发展的关键性技术，而目前的现状是大部分专利技术被国际几大巨头垄断且交叉授权；台湾地区与国际企业的接触比较早，授权方面占尽先机；中国大陆因起步较晚，专利数量较少，不断创新的同时等待2010年起基本专利的逐一失效。
值得一提的是，国内晶能光电在技术路线（硅衬底）上有别于国际主流（GaN衬底），具有原创技术产权，潜力存在。
专利大战硝烟未尽，国际各大厂商又在力拼技术创新：
Cree在做光效的同时推出LED器件，Lumileds在做大功率暖白光、紧凑型和集成解决方案，Osram在改进构造提高量子效率，日本厂商比较有忍者风范，从MOCVD到外延芯片一直在秘密进行、全力拓展，表现不俗。
围绕市场，也为了市场，可谓：
八仙过海，各显其能。
全球LED外延芯片专利技术纷争及授权情况参见下图：
图1：
LED产业专利纠纷情况
图2：
各大LED公司专利纠纷及授权情况
市场表现：
全球市场看中国 国际巨头来争抢 台湾企业欲联手 中国企业当自强
面对中国LED市场这块大蛋糕，Lumileds（飞利浦）、Cree、Osram、Nichia诸多国际巨头纷纷切入，在诸多国外芯片厂商中，Cree（中国）似乎更为耀眼，这有赖于Cree相对成熟的技术和唐总长袖善舞的市场拓展能力；Lumileds也不甘示弱，据2010年2月25日Philips公布的季度财报显示，飞利浦照明中的Lumileds板块贡献良多。
以晶元为代表的台湾芯片企业似乎更多沿袭了中华智慧，他们“以和为进”，更多采用在大陆投资办厂或与大陆企业联手的方式，悄然蚕食着更多的市场。
面对国际巨头及台湾区上游厂商的压力，国内部分LED芯片厂商正忙着争取资金和政府扶持搞功率型白光的研发工作，远远谈不上创新，只有少数比较聪明的厂商在中低端非白光市场担负着收复领地的“职责”，其中厦门三安表现不俗，据传也有新的扩张打算，由此而言，市场的重要性可见一斑。
国内LED外延生长和芯片制造的主要企业有厦门三安、大连路美、上海蓝光、上海蓝宝、山东华光、杭州士兰明芯、江西晶能光电、河北同辉、沈阳方大、厦门乾照、江西联创、南昌欣磊、上海大晨、上海宇体、深圳世纪晶源、深圳奥伦德、扬州华夏集成、廊坊清芯、甘肃新天电、武汉迪源、西安中为、广州普光、东莞福地，以及“外资血统”企业如武汉华灿、厦门晶宇、厦门明达和晋江晶蓝等。
这些企业中的一部分在芯片结构和工艺改进方面做了大量工作，在提高产品性能、成品率、工艺重复性，提高抗光衰能力和可靠性等方面均取得一定成果，这其中还有一小撮儿企业不知道在打着高科技企业的名头在做什么？
总的来说，2010年过半，芯片市场紧俏，下游的大力拉动，终于让这个市场表现“倒金字塔”型的上游产业起色不少，但大家也不要忘了这个领域的“摩尔定律”或者“海兹法则”什么的，希望不是曙光一现，宁可是黎明前的黑暗。
上游心法：
埋头拉车，也要抬头看路，以高性价比的创新产品去赢得中下游的市场。
目前看，想通过纯技术手段取得高端市场的胜利果实，绝非易事，但也不排除再次出现类似于台湾晶元这样的品牌企业，以市场占有率取胜，挣了钱反哺技术。
LED上游领域不是以企业数量取胜的产业，市场前景广阔，竞争压力巨大。
想尽办法挺过去最重要，如果你听了我的话，在开拓市场的同时，别忘了技术。
价格终会降下来，关键是创新，瞄准市场听需求。
今天很痛苦，明天更痛苦，后天很美好，但是绝大部分人倒在明天晚上，见不到后天的太阳。
创业很艰辛，LED上游的同仁们，要学会用自己的左手去温暖自己的右手，犹如技术和市场。
对于那些有意涉足这个领域的斗士，如果此时你没有足够的资金、强大的技术、也没有进入政府的视野，我还是奉劝：
感谢关注，请您远离。
当然也欢迎资本的介入。
技术方面有这样几件事大家还是很关心的：
1、衬底材料的技术路线
2、外延生长的尺寸选择
3、白光与RGB的应用困扰
市场方面封装厂常用的LED芯片品牌有：
台湾LED芯片厂商：
晶元光电（Epistar）简称：
ES、（联诠、元坤，连勇，国联），广镓光电（Huga），新世纪（GenesisPhotonics），华上（ArimaOptoELectronics）简称：
AOC，泰谷光电（Tekcore），奇力，钜新，光宏，晶发，视创，洲磊，联胜（HPO），汉光（HL），光磊（ED），鼎元（Tyntek）简称：
TK，曜富洲技TC，灿圆（FormosaEpitaxy），国通，联鼎，全新光电（VPEC）等。
华兴（LedtechElectronics）、东贝（UnityOptoTechnology）、光鼎（ParaLightElectronics）、亿光（EverlightElectronics）、佰鸿（BrightLEDElectronics）、今台（Kingbright）、菱生精密（LingsenPrecisionIndustries）、立基（LigitekElectronics）、光宝（Lite-OnTechnology）、宏齐（HARVATEK）等。
大陆LED芯片厂商：
三安光电简称（S）、上海蓝光（Epilight）简称（E）、士兰明芯（SL）、大连路美简称（LM）、迪源光电、华灿光电、南昌欣磊、上海金桥大晨、河北立德、河北汇能、深圳奥伦德、深圳世纪晶源、广州普光、扬州华夏集成、甘肃新天电公司、东莞福地电子材料、清芯光电、晶能光电、中微光电子、乾照光电、晶达光电、深圳方大，山东华光、上海蓝宝等。
国外LED芯片厂商：
CREE，惠普（HP），日亚化学（Nichia），丰田合成，大洋日酸，东芝、昭和电工（SDK），Lumileds，旭明（Smileds），Genelite，欧司朗（Osram），GeLcore，首尔半导体等，普瑞，韩国安萤（Epivalley）等。
感谢大家的关注，这里不是一言堂，欢迎加入评论，共同探讨。
中游之惑（待续）
LED中游产业是指LED器件封装产业。
在半导体产业中，LED封装产业与其他半导体器件封装产业不同，它可以根据用于现实、照明、通信等不同场合，封装出不同颜色、不同形状的品种繁多的LED发光器件。
下游之争（待续）
LED下游产业是指器件封装后进行集成应用的产业。
LED的应用面很广，其中主要的应用产业有LED显示、LED背光、室外景观照明、室外功能照明、室内装饰照明、室内功能照明、LED交通信号灯、LED车灯、LED景观灯饰、LED特殊照明等，随着LED产业的快速发展，应用涉及的范围越来越广，比如：
医疗、农业、渔业舰船等，前景喜人啊。
表面粘着型LED的出现是在1980年初，是因应更小型封装和工厂自动化而生。
初期厂商裹足不前，主要因素是表面粘着LED最早面临的问题是无法完成高温红外线下焊锡回流的步骤。
LED的比热较IC低，温度升高时不仅会造成亮度下降，且超过摄氏100度时将加速组件的劣化。
LED封装时使用的树脂会吸收水分，这些水分子急速汽化时，会使原封装树脂产生裂缝，影响产品效益。
在1990年初，HP和SiemensComponentGroup合作开发长分子键聚合物，作为表面粘着型LED配合取放机器的设计，表面粘着型LED到此才算正式登场。
LED LightEmittingDiode。
发光二极管。
LED为通电时可发光的电子组件，是半导体材料制成的发光组件，材料使用III-V族化学元素（如：
磷化镓（GaP）、砷化镓（GaAs）等），发光原理是将电能转换为光，也就是对化合物半导体施加电流，透过电子与电洞的结合，过剩的能量会以光的形式释出，达成发光的效果，属于冷性发光，寿命长达十万小时以上。
LED最大的特点在于：
无须暖灯时间（idlingtime）、反应速度很快（约在10^-9秒）、体积小、用电省、污染低、适合量产，具高可靠度，容易配合应用上的需要制成极小或数组式的组件，适用范围颇广，如汽车、通讯产业、计算机、交通号志、显示器等。
LED又可以分成上、中、下游。
从上游到下游，产品在外观上差距相当大。
上游是由磊芯片形成，这种磊芯片长相大概是一个直径六到八公分宽的圆形，厚度相当薄，就像是一个平面金属一样。
LED发光颜色与亮度由磊晶材料决定，且磊晶占LED制造成本70%左右，对LED产业极为重要。
上游磊晶制程顺序为：
单芯片（III-V族基板）、结构设计、结晶成长、材料特性/厚度测量。
中游厂商就是将这些芯片加以切割，形成为上万个晶粒。
依照芯片的大小，可以切割为二万到四万个晶粒。
这些晶粒长得像沙滩上的沙子一样，通常用特殊胶带固定之后，再送到下游厂商作封装处理。
中游晶粒制程顺序为：
磊芯片、金属膜蒸镀、光罩、蚀刻、热处理、切割、崩裂、测量。
而，下游封装顺序为：
晶粒、固晶、粘着、打线、树脂封装、长烤、镀锡、剪脚、测试。
国内主要的LED生产厂商有：
鼎元、光磊、国联、亿光等企业。
红外线发光二极管 红外线LightEmittingDiode。
主要以GaAs系列材料发展为主，通常以LPE液相磊晶法的方法制作，发光波长从850~940不等。
GaP 磷化镓。
磷化镓，是Ⅲ-Ⅴ族（三五族）元素化合的化合物。
GaP是一种间接迁移型半导体，具有低电流、高效率的发光特性，可发光范围函盖红色至黄绿色，为LED主要使用材料之一。
GaN 氮化镓。
氮化镓，是Ⅲ-Ⅴ族元素化合的化合物。
GaN使MOVPE制作技术，可制作高亮度纯蓝光LED及纯绿光LED，更可应用于蓝光、绿光雷射二极管之制作。
MOVPE虽已是一成熟的磊晶制作技术，但以此技术制作GaN蓝光LED其中仍须相当的专业知识、经验和技巧
AlInGaP 磷化铝铟镓。
AlInGaP此材料是近年来用在高亮度LED之制造上较新的材料，使用MOVPE磊晶法制程。
目前世界上仅有三家厂商供应此产品的公司，即美国HP、日本Toshiba、台湾国联光电。
AlGaAs 砷化铝镓。
为GaAs和AlAs的混晶。
AlGaAs适合于制造高亮度红光及红外线LED，主要以LPE磊晶法量产，但因需制作AlGaAs基板，技术难度高。
反向粘着型薄芯片LED reversemountingtype薄芯片LED。
此种芯片可粘着在穿式印刷电路板上，减少LED所占的厚度。
主要可用作可携式电话按键之背光源。
侧面发光直角LED
此种LED芯片是从最上层面发光，但可将发光面旋转一个面焊接。
侧面发光直角LED有超小型和高亮度两种，超小型是用于LCD背光源、呼叫器、行动电话；高亮度型是用作汽、机车第三剎车灯和户外显示器。
直角表面粘着型LED灯泡 SIDELED。
直角表面粘着型LED灯泡不需额外的光学件或反射器，焊接后光线的行径路线可与各电路板平行，使工程人员在设计时有较大的弹性，因而可在设计的后段再加上此产品，而不需事先考虑。
产品可应用在自动安全断电开关、背光源和光导管等，用作电话和数据处理系统的指示灯。
可见光LED 可见光LightEmittingDiode。
LED（发光二极管）的种类繁多，依发光波长大致分为可见光与不可见光两类。
可见光LED产品主要包括传统LED、高亮度AlGaInP（磷化铝镓铟）红、黄、橘光LED及InGaN（氮化铟镓）蓝、绿光LED、以及白光LED。
其产品以显示用途为主，又以亮度一烛光（1cd）作为一般LED和高亮度LED之分界点。
一般LED广泛应用于各种室内显示用途；高亮度LED后者则适合于户外显示，如汽车第三煞车灯、户外信息看板和交通号志等。
不可见光LED 不可见光LightEmittingDiode。
LED（发光二极管）的种类繁多，依发光波长大致分为可见光与不可见光两类。
不可见光LED，波长850至1550奈米，其短波长红外光可作为红外线无线通讯使用，如红外线LED应用在影印纸张尺寸检知、家电用品遥控器、工厂自动检测、自动门、自动冲水装置控制等；长波长红外光，则应用在中、短距离光纤通讯上，作为光通讯用光源。
GaNLED 氮化镓发光二极管。
GaNLED是属于直接能隙之半导体材料，其能隙为3.4ev，而AlN为6.3ev，InN为2.0ev，将这几种材料做成混晶时，可以将能隙从2.0ev连续改变到6.3ev，因此可以获得从紫外线、紫光、蓝光、绿光到黄光等范围的颜色。
目前最成功的GaN组件有高亮度蓝光及绿光LED，因GaN高亮度蓝光、绿光LED的开发成功，使得户外全彩LED显示器及LED交通号志得以实现，各种LED的应用也更加广泛。
以高亮度蓝光LED激发萤光物质（phospher）可以产生白光，其低耗电及高寿命的特性，未来有可能取代一般照明用的白炽灯泡，GaNLED的市场潜力十分雄厚。
OLED OELD。
OrganicElectro-LuminescenceDisplay。
有机电激发光。
透过电流驱动有机薄膜来发光，其发光可为单独的之红色、蓝色、绿色，甚至是全彩。
由于OLED所使用的有机化合物材料会自行发光，因此不像LCD面板后方须要加上背光源，可以大幅降低耗电、简化制程、使面板厚度变薄。
OLED的特点为具有自发光、广视角、响应速度快、低耗电量、对比强、亮度高、厚度薄、可全彩化，及动画显示等，被认为是极具潜力的平面显示技术。
国内目前有铼宝、光磊、东元激光、翰立光电等厂商投入。
室内用LED显示看板
LED显示看板不管尺寸大小，都是由单一组件的LED加以拼装而成，LED的单一组件，来自下游封装好的点矩阵式的LED，或是单位模块Cluster，再由显示看板的厂商将这些单一组件，依照各种不同的需求，组装成各种大型的看板，加上控制电路，然后到各施工地点安装测试。
室内用的LED显示看板，因观看的距离近，所以要求的分辨率较高，一般是使用点矩阵式模块，因室内的
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