半导体

高亮度LED初具产业基础 仍需政策助力

作者:彭万华来源:中国电子报发布时间:2008-09-02 10:39我要评论


  从上世纪高亮度LED(发红、橙、黄光的四元系产品和发蓝、绿、紫光的GaN基产品)问世以来,经过十几年的努力,高亮度LED已经进入功能性照明领域,并将逐步进入普通照明领域,目前已形成较完善的产业链,备受世界各国及国际大公司的重视。我国也紧跟世界前沿技术,加快研发和产业化工作,已经具备了一定的产业基础。

中国光学光电子行业协会光电器件分会秘书长 彭万华

我国LED产业链初步成型


根据中国光学光电子行业协会光电器件分会的统计和测算,再参考国内相关机构提供的数据,2007年全国从事LED的企业有2000多家,其中从事外延生长、芯片制造研究和生产的单位有40多家,器件封装企业约600家,其中有一定规模的封装企业约100家。应用产品和配套企业有1700多家。行业就业人员约十几万人(另有统计估算为30万~40万人),从原材料、外延生长、芯片制造、器件封装到应用产品和配套材料、设备仪器,已形成较完善的产业链。近几年,我国LED芯片和器件,尤其是高亮度LED芯片和器件的增长十分迅速。

外延及芯片技术取得突破

LED的核心技术是LED的外延生长和芯片制造技术,近几年政府和相关研究机构对此高度重视,投入了大量资金和人力加以研究、开发和产业化。主要研究机构有北大、清华、南昌大学、北京工大、山东大学、南京大学、华南师范大学、厦门大学、深圳大学、中南理工大学,中科院半导体所、物理所,中电13所、55所以及新成立的中科院半导体照明研发中心等。在外延生长、芯片制造方面开展多项研究并取得成果,如在不同衬底(Al2O3、Si、SiC、AlN、GaN)上外延生长GaN材料、有图形化衬底外延、非极性或半极性外延、衬底转移、激光剥离、共晶焊接、ITO电极、表面粗化和光子晶体等等,提高内量子效率和外量子效率,均取得很好的研究成果。另外,我国已研发出AlGaN深紫外(260nm~400nm)发光二极管,还研发出1W的LED蓝光芯片,做成白光LED的发光效率超过80lm/W,并研制出四元系AlGaInP红光功率LED器件,发光效率约40lm/W。南昌大学研制出具有自主知识产权的在Si衬底上生长GaN,并做出蓝、绿LED芯片,已实现产业化。
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,以及外资企业武汉华灿、厦门晶宇、厦门明达和晋江晶蓝等共计20多家企业,这些企业在芯片结构和工艺改进方面做了大量的工作,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较大成果,保障了芯片的批量生产。2007年国内生产高亮度芯片超过210亿只,增长率为75%%,其中蓝、绿芯片约为65亿只,增长率为62.5%%,预计2008年高亮度LED芯片产量将超过300亿只,其中蓝、绿芯片约80亿~100亿只。

器件封装及配套能力突出

国内LED封装企业的特点是规模小、数量多,约500~600家,具有一定规模,年销售额在1000万元以上的企业约100家,主要封装企业有厦门华联、佛山国星、江苏稳润、广州鸿利、宁波升谱、江西联创、天津天星、廊坊鑫谷、深圳瑞丰、深圳雷曼、深圳光量子、珠海力丰等。2007年全国封装的器件达460亿只,加上外资企业,国内的LED封装能力超过600亿只/年。可封装的器件品种齐全,包含单管、复合管、像素管、数码显示器、各种背光源、SMD-LED、微型LED、矩阵显示器、专用显示器、白光LED、功率LED和大功率LED模块等,具有实力的封装企业投入较大的研发力量,在改进封装结构、提高散热性能、提高出光效率、提高抗光衰和可靠性等方面均取得很好成果,现可批量封装1W LED,其发光效率达100lm/W,热阻可控制在10℃/W以内。中电13所开发具有自主产权的大功率LED封装产品,另外,还开发具有自主产权的垂直结构无焊线功率LED封装新产品,为功率LED封装产业作出贡献。
国内LED封装材料和配件的配套能力是很强的,除个别材料外,绝大部分材料均为国内提供,主要有金丝、硅铝丝、环氧树脂、硅胶、银胶、导电胶、支架、条带、塑料件、封装模具和工夹具等,已形成一定规模,企业主要在珠江三角洲和宁波地区。另外,对于封装白光LED用的荧光粉,国内也有十几家企业正在研究和生产,已大量用于白光LED封装,大连路明则开发了有自主产权的硅酸盐荧光粉。另外,我国还开发了具有自主知识产权的蓝光激发红光和绿光的氮化物荧光粉,可由三基色组成白光LED,其效果很好。

技术标准制定取得进展

国内近几年在制定半导体照明技术标准方面也取得了较大进展。原信息产业部半导体照明技术标准工作组、全国照明电器标准技术委员会以及相关部委的标准化组织已经制定和正在制定半导体照明技术的基础标准、方法标准及产品标准约50项。国家半导体照明工程研发及产业联盟的标准协调组在协调标准制定和收集境外半导体照明技术标准等方面卓有成效。我国相关协会还积极参加国际相关标准化组织,参与专业标准的制定,与国际相关标准化组织联络交流,还与台湾地区同行开展合作。应该相信,随着LED技术的不断发展,应用产品不断成熟,相关标准将会不断出台。
在推动半导体照明检测平台的建设方面,近年来也取得较大进展,在原来基础较好的北京、石家庄、上海和厦门等地的检测机构,正在进一步扩大、完善检测项目和内容。科技部重点支持上海和厦门的检测平台建设,加上地方政府的更大投入,现已粗具规模,可为半导体照明产品提供检测服务。为推进半导体照明产业发展提供较好的公共检测平台。另外,国家质量监督检验检疫总局下文,同意厦门市产品质量检验所筹建“国家半导体发光器件(LED)应用产品质量监督检验中心”,在原有基础上再投资5000万元进行建设,已于2009年11月建成验收。

国内LED市场潜力大 投资渐趋活跃

由于LED具有节能、环保、寿命长等三大特点,其应用领域不断扩大,应用产品不断增多,因此,各方对LED产业的投资力度也不断加大。

高性能产品依赖进口

LED产业链主要可分为4部分:LED外延生长、芯片制造、器件封装和应用产品及相关配套产业。投资方可根据自身的现有条件和实力,根据市场需求情况,可选择投资产业链中的任何一种或多种组合。LED的应用产品范围很广、品种很多,要择优投资。
LED产业是高科技产业,又是节能减排政策鼓励发展的产业,它本身又是环保型产品。从目前的半导体照明技术水平和市场需求来看,LED还有很大的发展空间,其前景被普遍看好。作为该项技术的主要指标,其发光效率实验室的水平已大于150lm/W,其产业化水平达100lm/W,经过几年的努力完全可以达到150lm/W~200lm/W的水平,这样做成的光源在照明方面是非常节能的,比现在的照明灯起码节省一半以上的电能。另外LED的应用面是非常广的,主要在显示和照明两大领域,目前处于推广应用的起步阶段,其应用的前景可观。
虽然我国高亮度LED芯片产量于2007年超过210亿只,但还远远不能满足国内市场需求,进口芯片占很大比例,特别是高性能LED芯片和功率LED芯片几乎全部进口。估计2008年高亮度芯片产量会超过300亿只,但仍不能满足国内市场需求,仍需大量进口。
2007年,高亮度LED器件产量虽然达到250亿只,但实际需求超过300多亿只,特别是高性能LED器件,几乎全部进口。
国内LED应用产品市场目前的重点与国外不一样,国际上现阶段LED主要用于背光源、汽车及信息显示部分,而目前国内LED除用于信息显示之外,还用于景观装饰照明、交通信号灯及部分功能性照明,特别是城市景观照明和路灯的开发应用,已经成为热点。有人估计2008年LED应用产品的产值将达540亿元。加上LED芯片、器件、模块和配套原材料等,整个LED产业的产值将超过1000亿元。

中国加大投入LED产业

近年来,我国明显加大了对LED产业的投入。政府相关部门加大了资金投入,扶持半导体照明产业的研发和发展,如教育部投入大学的基础研究项目资金,中科院投入研究所的研发项目资金,科技部以863项目投入的研发资金,原信息产业部以电子发展基金项目投入资金,国家发改委以扩大产业化规模项目进行投入等等。许多省、市也以各种形式投入资金发展半导体照明产业,有十几个省、市将半导体照明产业作为本地区重点产业加以发展。
国内相关企业集团和私营资本近几年也积极投资半导体照明产业,有人估计投资额超过100亿元。国内LED前工序企业近年新购置MOCVD设备40台~50台,芯片制造设备几百台套,扩大企业产能。国内最大的5家LED封装企业均在近两年内投资建设新厂房,增资购置自动化封装设备。另外,由于各方投资的增加,近两年还增加了很多新进入该领域的企业。
当然,LED产业的投资风险也不容忽视。由于半导体照明产业属于高科技产业,现有上万个专利,对投资者来说,要充分了解该技术领域的专利保护和专利纠纷问题,不应随意介入,否则有可能引来国际诉讼;对于准备在LED外延生长和芯片制造领域投资的企业而言,应充分考虑其核心技术的来源,最好要有自主知识产权的核心技术,否则重复投资LED的中、低档产品,其风险较大;在市场开拓上,要充分考虑到韩国和我国台湾地区相关产品市场竞争的激烈程度,特别是我国台湾地区,其LED的技术水平较高,产量也较大,在市场竞争方面,对大陆企业形成较大的挑战。

技术、市场、政府支持缺一不可

虽然我国LED产业发展速度较快,但技术水平与国际领先水平的差距仍然较大,主要是缺乏有自主知识产权的核心技术,其产品以中、低档为主,产业化规模偏小,缺乏竞争能力。高性能LED和功率LED产品均要依赖进口,为此,对于如何加速发展LED产业,提出如下三点建议:
第一,政府应加大支持力度,增强调控能力。一方面,应重点支持国家级半导体照明研发平台建设,对分散重复的研究机构进行整合调整,真正支持有自主知识产权核心技术和创新项目的研发工作;另一方面,应该用政府引导和宏观调控的办法,对LED前工序规模偏小和有条件的后工序封装企业要引导投资、重点扶持,进行整合、合资、合并,集中资源扩大产业化规模,使企业在国际上具有一定的竞争能力。对此,可借鉴韩国和我国台湾地区的经验。
第二,应加强LED技术基础研究、开发。在LED外延、芯片制造领域,应着重提高发光的内量子效率和外量子效率,提高产品性能、稳定性、一致性和可靠性,提高产品的成品率,要有创新成果和自主知识产权的核心技术。在封装领域,应加强白光LED和功率LED封装技术的研发,主要是提高出光效率、出光均匀性、一致性,改进封装结构,提高衬底散热性能、降低热阻,提高抗光衰能力和可靠性。在配套领域,应加强LED主要原材料、配套件和制造LED的关键设备的基础研究、开发,主要是指衬底、有机源、环氧树脂、硅胶、荧光粉、驱动电路和MOCVD(金属有机物化学气相淀积)设备等等。此外,还应该加强LED的光、电、色、热学及照明参数的测试研究,并对LED光源的可靠性开展研究;同时,也应该重视LED应用产品的研发工作,要有创新意识,开发出市场需求的新产品。
第三,应扩大LED应用市场。LED产品的应用面很广,在推广应用和市场开拓上,目前要重点抓住如下三个方面:一是加强中等尺寸和大尺寸LED背光源的研发工作,该市场潜力巨大,技术上逐步成熟,要抓住时机,尽快进入市场;二是加大用于汽车上的各种LED灯和显示的研发工作,其技术已成熟,市场潜力很大,要尽快进入市场;三是加强开发半导体照明的应用,特别是开发专用照明和特种照明,该照明产品系列的技术已逐步成熟,正是开发应用的好机会,市场潜力也很大,要尽快进入市场。

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LED简介


半导体发光二极管(LightEmittingDiodes,简称LED)是半导体Ⅲ-Ⅴ族化合物(GaP、GaAlAs、GaAs、AlGaInP、GaN等)经加工产生P-N结后形成的器件,在外加一定电流的情况下,能发射红外光、可见光或紫外光。
目前高亮度LED主要有两大类:四元系AlGaInP发红光、橙光、黄光,GaN基发绿光、蓝光、紫光和紫外光。其主要应用范围也有两大类:显示与照明。由于LED技术的不断进步,发光强度(辐射功率)和发光效率的不断提高,这些高亮度半导体发光二极管作为光源已逐步进入光色照明、专用照明领域,并最终要进入普通照明领域。这些高亮度LED作为光源进入照明的领域通常称为半导体照明。
由于半导体照明比现有的照明光源更加节能,因此半导体照明又被称为照明领域中的又一次革命。比如,一只60W的白炽灯泡要消耗60W的电能,发出大约800lm的光,用现有的节能灯管,需要12W-15W的电能,如果用半导体照明(假定发光效率为120lm/W-150lm/W)只需要6W-8W的电能,目前LED的发光效率为100lm/W,经过努力在未来几年内达到120lm/W-150lm/W。


责任编辑:电子信息产业网
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