毕业设计（论文）LED的性能和发展综述

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1、 存档编号 赣 南 师 范 学 院 学 士 学 位 论 文 LED的性能和发展综 述 教学学院 物理与电子信息学院 届 别 2008 届 专 业 电子科学与技术 学 号 姓 名 指导老师 完成日期 目录 内容摘要 .1 关键词 .1 Abstract .1 Key Words .1 1. LED 产业的发展背景与趋势 .2 1.1 LED 产业的发展背景 .2 1.2 发达国家和地区的 LED 产业现状 .9 1.3 对 LED 产业特点的认识 .12 2.我国 LED 产业概况与问题分析 .16 2.1 我国 LED 产业概况与主要企业 .16 2.2 我国 LED 产业发展面临的问题 .1

2、9 2.3 对我国 LED 产业地位的认识 .21 3.结论与展望 .26 参考文献 .28 致谢 .30 1 内容摘要：本文结合 LED 的性能特点，从 LED 的发展背景、 技术水平、产业化发展现状等背景知识进行综合分析、整理，对我国 LED 产业的发展所面临的问题以及发展前景展开讨论。 关键词：发光二极管 LED 产业化 发展战略 Abstract：Combining the performance characteristics of LED，this paper is from the development of the LED background, level of techn

3、ology, industrial development of the status quo, such as a comprehensive analysis of background knowledge, collating, and discuss the LED on Chinas industrial development and the problems facing the development prospects. Key Words：Light Emitting Diodes；LED；Industrialization；Developments Strategles

4、2 1. LED 产业的发展背景与趋势 1.1 LED 产业的发展背景 1.1.1 LED 产品介绍 1.1.1.1 LED 基本介绍：LED 是英文 Light Emitting Diode（发 光二级管）的简称。 （1）LED 发光原理：发光二极管 LED 是利用二极管內电子与间 隙结合过程中能量转换产生光的输出。 （2）LED 特性：冷性发光不产生热，元件寿命长 ( 十万小时以 上 ) 、反应速度很快、体积小、功耗小、适合量产，高亮度。 （3）LED 制作材料通常为砷、磷、镓等元素，制作过程包括上 游的晶圆制作、磊晶成长，中游的扩散制程、金属蒸镀、晶粒制作， 以及下游的产品封装及应用市场

5、等 1 。 1.1.1.2 LED 的性能 LED 的性能主要表现在下列四个方面： (1)使用寿命长，是普通光源的 20-30 倍，例如普通白炽灯的使 用寿命在 2000-3000 小时，LED 光源器件的寿命在 10 万小时，使用年 限达 5-10 年。 (2)节能效果明显：LED 发光体的耗电量仅为普通白炽灯的耗电量 的 15%-20%。 (3)抗机械冲击、防震防水、低热散发。 (4)体积小、固体化、形状可任意改变，可以用在特殊用途上。 由于 LED 有着上述独特的优势，国内外一大批拥有强大实力的研 究开发机构、企业竞相投入资金，技术得到突飞猛进，产生了高亮度 的 LED，即可以用来做户外

6、显示和照明的 LED，LED 被认为是替代了爱 3 迪生发明的白炽灯的下一代照明光源。 早期 LED 以发出微弱的红光谱居多，发光亮度在 0.001 流明，随 后才产生橙色绿色兰色等。由于当时的技术和工艺条件限制，早期生 产的发光二级管采用的是液体相位外延技术，该种工艺生产的二级管 发光的亮度始终未超过 0.1 流明。80 年代以来，日本几家大企业最先 实现了技术突破，发光亮度在 5-10 流明，这个时期的 LED 产品大多 以仪器仪表，精密设备的指示等显示，半导体收音机音响等，90 年代 以来，国际上由于新材料科学的发展，采取了更为先进的低压金属有 机物气相外延（LPMOVPE）和低压金属有

7、机物化学气相淀积外延方法 （LPMOCVD） ，生产出高亮度的 LED，由于亮度的大幅度提高，LED 的 应用领域得到了更为广阔的使用前景 2 。 1.1.1.3 LED 背光技术的优势 LED 背光技术的优势主要表现在: A、使用寿命长 在发光寿命方面，LED 背光技术将 CCFL（冷阴极荧光灯管）远远 抛在后面。普通的 CCFL 背光源一般的使用寿命在 3 万小时左右，一 些顶级的 CCFL 背光的发光寿命也不过在 6 万小时左右。这样的寿命 对于频繁使用的用户来说意味着使用 2-3 年后 LCD（液晶显示器）的 亮度就将会明显下降，许多 LCD 产品在使用几年后荧幕就会发黄、亮 度明显变

8、暗，而不得不更换 LCD 的 CCFL 背光模组。而 LED 背光则完 全没有这样的问题，现阶段白色 LED 背光的寿命已经高达 10 万小时。 每天连续使用 10 个小时，可以连续用上 27 年，即使 24 小时不间断 使用，这样的寿命也足够使用 5 年，而且还有再次提升的潜力。 B、丰富的色彩表现力 在色彩表现力方面，LED 背光也远胜于 CCFL。原有的 CCFL 背光 4 由于色纯度等问题，在色阶方面表现不佳。这就导致了 LCD 在灰度和 色彩过渡方面不如 CRT（纯平显示器） 。更重要的是，冷阴极荧光灯色 域较为狭窄，会严重影响在 LCD 显示器上显示的色谱，导致几乎所有 的 LCD

9、 显示器都无法达到平面印刷的 Adobe RGB 色域标准。据测试， 采用 CCFL 背光只能实现 NTSC（国家电视系统委员会制式）色彩区域 的 78%，近期少数面板厂商采用 CCFL 技术最高能够达到 92%NTSC，后 续提升空间不大，而 LED 背光却能轻松地获得超过 100%的 NTSC 色域 表现。在色彩表现力和色阶过渡方面，LED 背光也有显著的优势，其 色彩表现力强于 CCFL 背光源，色彩还原好，可对显示色彩数量不足 的液晶技术起到很好的弥补作用。 C、体积缩小 LED 作为 LCD 背光会带来哪些好处呢？首先，采用 LED 背光的 LCD 的体积将进一步缩小。LED 背光源

10、是由众多栅格状的半导体组成， 每个“格子”中都拥有一个 LED 半导体，这样 LED 背光就成功实现了 光源的平面化。平面化的光源不仅有优异的亮度均匀性，还不需要复 杂的光路设计，这样一来 LCD 的厚度就能做得更薄，同时还拥有更高 的可靠性和稳定性。更薄的液晶显示面板意味著笔记本电脑拥有更佳 的移动性。例如，2005 年 10 月 SONY 就推出了 11.1 英寸，使用白光 LED 的 VAIO 笔记型计算机 TX 系列，采用了厚度仅有 4.5mm 的 LED 背光液晶显示屏，使 NB（轴承导轨）重量下降到 1.26 公斤，且 荧幕厚度也降到仅 4.5mm，整体 NB 厚度更下降 16%到

11、 21mm，亮度也增 加 30%，且由于使用白光 LED 也使电池续航力大幅提升。 对于背光模块厂来说，LED 背光模块在结构上，主要的差异点在 于 LGP 的改变。使用 CCFL 时，由于受限于 CCFL 管径 1.8mm，LGP 入 光侧必须维持 2.0mm 左右，而成为一个楔形的板(斜式导光板，即导 5 光板两边厚度不一)，这使得 NB 面板没有办法做得很薄。使用 LED 作 背光源时，原来 LGP 之厚度限制已不存在，可以让整个 LGP 厚度均匀 且变薄，再加上玻璃的厚度约可从 0.5mm 降为 0.3mm，因此可以满足 NB 对于轻薄短小的追求。 开发 NB 用 LED 背光源，面临

12、的最大瓶颈，仍在于如何让导光板 的厚度变薄。一般导光板厚度多在 2mm 以上，而 Sony 以 0.6mm 厚度 的导光板使用为主，因此背光厂商正积极开发更薄的导光板。 D、亮度和白平衡控制 实现 LED 功率控制很容易，不像 CCFL 的最低亮度存在一个门槛。 因此，LED 的亮度调整范围大，无论在明亮的户外还是全黑的室内， 用户都很容易把显示设备的亮度调整到最悦目的状态；LED 背光可以 调整白平衡，同时保证整体对比度。当用户的视频源在计算机和 DVD 机间切换时，可以轻松在 9600K 和 6500K 间调整白平衡，而且不会牺 牲亮度和对比度。 E、均匀性 冷阴极荧光灯属于管状光源，要将

13、所发出的光均匀散布到面板的 每一个区域就需要相当复杂的辅助组件，荧幕的厚度也难以控制。而 且随著面板的增大，必须使用多条光源，这就要求来自这些 CCFL 的 光还必须匹配。同时，CCFL 背光源的能量利用效率低下。在光能从背 光到荧幕的传输过程中，光能量损耗情况非常严重，最终大约有 6%的 光能可被真正利用。为了实现更高的亮度和对比度，厂商必须提高光 源的输出功率或增加灯管数目，而这样带来的后果就是整机功耗上扬。 这对于桌面型 LCD 显示器或液晶电视不会有多大的影响，但对笔记本 LCD 荧幕影响很大。LED 可以为大尺寸荧幕提供连续面阵光源。LED 是 一种平面状光源，最基本的发光单元是 3

14、-5mm 边长的正方形封装后， 6 所需的辅助光学组件可以做得非常简单，极容易组合在一起成为既定 面积的面光源，具有很好的亮度均匀性 3 。 虽然 LED 背光技术就像许多新型技术一样拥有许多诱人的优点， 但 LED 要想占据大尺寸 LCD 背光源的主流，目前还需要解决一些技术 难点，如发光效率、一致性、成本等。 A、发光效率 CCFL 仍是发光效率最高的主流光源技术，与之相比，LED 的发光 效率较低。作为背光源的 LED 器件以白光类型居多，而白光 LED 器件 在开始时发光效率不高，致使荧幕亮度普遍偏低。比如在当前的 LED 技术中，不论荧幕的制造商是谁，LED 组件的亮度都各不相同。目

15、前 CCFL 冷阴极荧光灯的发光效率可达到 50-100lm/W，而白光 LED 器件 在刚起步时发光效率仅为 20lm/W 甚至更低。不过，现在全球有大量 的企业从事相关研究，该领域的技术进展非常迅速，白光 LED 的发光 效率以每年提高 60%的幅度提升，到目前为止，白光 LED 器件的发光 效率突破 50lm/W，开始达到实用化水准。而业界希望在 2007 年之前， 将白光 LED 的发光效率提高到 75lm/W 的高水准。 B、一致性 用 LED 作为背光源存在白光的一致性问题，这比起 CCFL 是个劣 势。RGB LED 背光源时间一久会产生色移波长随温度变化，产生不同 颜色。这一问

16、题导致了颜色偏移、不一致的色纯度和质量低劣的真 “白色” ，这就注定 LED 在开始时并不适合作为 LCD 显示器的背光源。 为了消除这一问题，LED 制造商们将晶片“分区”或分解成具有近似 颜色和亮度的区块。这种处理有一定的帮助，但仍有不足、亮度和颜 色中仍然存在偏移。厂商最新又研发了彩色校正电路，通过对逐个图 元的控制，可以将颜色和亮度上的偏差控制在合理的范围。 7 C、成本高 成本太高、价格昂贵，同等尺寸的背光源，LED 是 CCFL 价格的 4 倍。对于目前价格竞争激烈的市场而言，让厂家有些望而却步。只有 索尼为了图像质量不计成本。当然，随著工艺的成熟和生产规模的增 加，LED 背光的

17、成本会逐步下降 4 。 1.1.1.4 LED 市场概况 目前已经研制出红、橙、黄、绿、兰颜色的超高亮度 LED，其发 光效率已超过白炽灯和荧光灯，发光亮度已高于 LCD。特别是 LED 采 用了高级环氧树脂封装，不仅能耐高温和湿度，而且还耐阳光（紫外 线）长期照射，可满足室外全天候、全色显示的需要。用由兰、绿、 红 LED 组成的彩色大屏幕可以表现天空和海洋，可以实现三维动画。 新一代红、绿、兰超高亮度 LED 以其前所未有的性能，不仅拓展了原 有的应用领域，而且将拥有一个潜力巨大的市场。 LED 可分为可见光 (450780nm) 与不可见光，在可见光部分传 统亮度产品已是成熟型产品，产量

18、虽大，不过由于价格低产值不高， 年复合成长率也只有 10% ；高亮度 LED 是目前的主流产品，主要应 用在大型看板、交通标志、背光源。较成熟的 AlGaInP( 红、橙、黃 光 ) 应用广泛，专利问题不大，价格已与传统亮度接近，应用的领 域巨大。 GaInN 荧光粉 ( 白光 ) 主要应用于照明上，由于蓝光的 突破全球大厂纷纷投向白光照明的研发，加上近几年全彩手机风行， 使白光背光源炙手可热，未来技术若有进展，将逐步取代一般照明市 场，拥有庞大的商机 5 。 1.1.2 LED 的应用领域 LED 有着十分广泛的应用前景，不同亮度的 LED 产品可应用在下述 属不同领域： 8 (1) 平面显

19、示 信息显示是现代生活中一项用途很广泛的领域，证券交易所里的 显示板，动态广告牌，空港的飞机动态显示，模拟动画，体育场馆、 商业、工业和其它行业的大型和超大型全色显示屏的信息显示，进一 步满足了现代人对信息显示的需求欲望。 (2) 警示灯（或称交通信号灯） 公路、铁路的交通信号灯、警示灯、标志灯和各类汽车的指示灯， 用超高亮度 LED 取代加滤光片的白炽灯泡，不仅响应速度快，寿命长、 抗震、耐冲击，而且效率高、节省电能。 (3) 汽车指示灯 汽车指示灯包括汽车外部的各种方向灯、尾灯、刹车灯等，由于 LED 的快响应速度，当前面的汽车刹车时，后面的汽车可提前 2-3 公 里看到信号，减少车祸发生

20、。同时可降低油耗。使汽车每一加仑油增 开 1 公里。同时减少污染。 (4) 办公自动化设备与仪器仪表指示灯 现代化智能型的仪器仪表、办公自动化设备需要各种信号灯或指 示灯而 LED 由于节能和长使用寿命的特点使它成了不可缺少的部件。 (5) 背光光源 高性能 LED 还可用于小型液晶显示器（LCD）的背光照明，适用 于蜂窝电话和笔记本型电脑等。最普通的应用是电话按键的背光照明， 随着小型液晶显示器及为了个人通信产品用量的增长，将带动 LED 市 场需求量提高。 (6)光源与建筑装饰 特殊用途照明，如建筑装饰、井下、矿灯、水下作业、特殊场地 施工等传统的光源使用起来不方便或缺点明显的地方都可以采

21、用 LED 9 光源。 1.1.3 LED 产业的技术前景 LED 作为固体光源具有上述优越性能，是一种极有竞争力的新型 节能光源，被认为是继爱迪生发明灯泡后下一代的照明光源，故各国 都在不遗余力地抢占 LED 科技的制高点白光照明的研究，而且技 术上不断获得进步。目前许多色别的发光二极管都达到烛光级水平， 随着器件结构的改进，发光效率的飞速提高，今后 LED 发展的主要领 域是照明光源，开始在一些领域取代白炽灯，期间会与其它光源互补， 并存、共同发展，人们面临着照明光源的变革，有人预言 LED 是 21 世纪的照明光源 7 。 1.1.4 LED 产业的经济前景 由于发光二极管产业不断涌现新

22、技术、新产品、新的应用，呈现 了朝阳工业的欣欣向荣的景象。在 21 世纪的头十年中，LED 产业会得 到持续发展。每年全球照明市场的销售额达 120 亿美元，而且每年还 以 8% 左右的增长速度递增。这一巨大的市场被业界看好，使得 他们纷纷投入的 LED 的研究开发中来。目前照明用途 LED 购置成本较 高，预计 2002 年前后 LED 的购置成本将通过其低廉的使用费用在 3-6 年内得到偿付。随后 LED 灯将逐渐取代白炽灯。专家们预计，到 2010 年-2015 年，LED 有望进入普通照明市场，与传统的光源竞争，形成 与传统光源并存的局面；据保守估计，到 2025 年对白炽灯和卤素灯

23、25%-30%的替代率，全球每年的能源节省预计可达 40 亿美元。 1.2 发达国家和地区的 LED 产业现状 1.2.1 日本、美国、欧洲的 LED 产业现状 日本 LED 产业大国，日本企业涉及 LED 较早，开始于 20 世纪 50 10 年代，日亚，冬芝，夏普，索尼，日立，昭和等公司较早从事 LED 的 研究开发，至今上游芯片及蓝光、白光 LED 制造技术专利技术大多为 日本所掌握。日本企业的产量为世界第二，但产值却占世界第一。 1999 年的产值折合 12 亿美元，2000 年的产值达 16 亿美元。 由于 1997-1998 年间日元的大幅度升值，使得日本产品日益缺乏 竞争力，并促

24、使日本将赴国外采购，或在国外设厂生产。目前欧洲各 国使用的显示产品日本制造的占大多数，这与日本企业产品的高品质 符合欧洲的消费水准不无关系。 丰田合成推出高亮度绿光 GAN LED，成为全球继日亚化学之后的 第二家生产厂商。四元高亮度 LED 部分，亦有东芝、 Sharp、Rohm、Sankan 等公司推出新产品。Rohm 除推出汽车与户外应 用之系列产品外，亦推出符合 IrDA1.1FIR 标准的新产品。Citizen 电 子因音影音设备遥控器的需求成长，亦扩增红外光 Chip LED 的产量。 美国的 LED 研究开发起步早，投入大，尤其是以 HP 公司， CREE，GE 等为首的大公司技

25、术力量较为雄厚，在高档次产品上占有一 定份额。目前美国已将底端 LED 外移至东南亚等地生产，故价格竞争 相当激烈。未来美国、日本企业将以技术领先及上游产品为主，台湾 及东南亚、中国大陆将以中下游产品为主。 美国企业较早看好 LED 应用市场的潜力，HP 公司除扩大四元高亮 度 LED 及 IrDA 的产量外，并推出多款新产品。以高亮度、低价位、 户外用（车灯、交通信号灯） 、SMT 封装（flip-chip 技术）等不同系 列产品，强化其市场与 HP 公司几乎占据同样的市场份额。由于蓝光 LED 市场成长与接获 Sliemens 大定单，1997-1999 年美国 Cree 公司 营收大 1

26、1 幅成长。Cree 有 70%的 LED 晶粒销往 Sliemens，其余则销往日本（如: Stanley、Citizen）与台湾。HP、CREE 未来除将使用较大基板生产以 增加产量外，并将进一步扩大其它应用开发 8 。 关于欧洲企业的 LED 研究开发情况资料十分有限，但欧洲企业在 原材料方面，在技术方面占有一定的优势，欧洲的几家大公司如 Philips,Osram 等公司正在联袂开发可作为照明用途 LED，这一点十 分肯定地表明他们对 LED 研究开发的重视程度，他们试图通过像“空 中客车”飞机项目， “雅丽安娜”火箭项目那样进行跨国技术联盟和 资金联盟，从而实现对技术的拥有和产业的领

27、先水平。例如德国 Siemens 公司与 Fraunhofer Institute 合作开发白光 LED。由美国 Cree 公司供应的 GaN/SiC 蓝光 LED 晶粒，配合发出不同色光之混合而 成白光，样品寿命已接近 10 万小时，目前已达到正式量产。 1.2.2 台湾的 LED 产业现状 台湾 LED 工业的飞速发展得益于台湾工业技术研究院下属的光电 所。为了使台湾的工业具有竞争力，将目标瞄准到数量很大的低值市 场上来。通过支持研究开发，允许成果产业化，技术转让使台湾出现 了 LED 封装企业。早期的研究主要是 LPE 液相外延生长红光 LED 及红 外 LED。光电所将技术转让给了台料

28、、信越和鼎元等公司。随后研究 又集中在 AlGaAs660NMD 的红光器件和 MOCVD 生长的四元 AlGaInP 双 异质结和量子阱发光器件。晶元已经开发成功用于全彩色灯和显示器 的红色、绿色、蓝色芯片，这些芯片光强超过 70mcd，一家正在投产 的公司利用 MOBPE 技术，生产 InGaAlp 超亮度的发光材料和芯片，在 台湾技术转让及技术人员的流动成为一些主要的公司成立的关键，例 如国联光电、信越、台科、鼎元、晶元、全新等公司无不从技术转让 和技术人员流动中获得技术的提升。 12 在 LED 的中游产品芯片制造方面，有资料表明最近台湾每月生产 5 亿片芯片，约占世界总额的一半，其中

29、的一半用于自己的封装，主 要的生产来自于国联、晶元、台科、鼎元、光磊、汉光、光宝等公司。 据台湾光电研究所的数据，LED 芯片的收入正在急速增长，到 2000 年 已接近 8 亿元美金。 台湾发展 LED 产业取得了举世瞩目的成绩，近年来在产品结构， 制作产业中紧挨美国、日本之后，位居世界第三。自 1995 年以来， 每年平均增长达 15%以上，1997 年台湾十大光电产品中占世界第四位， 产值 18870 百万元新台币（折合 6.29 亿美元） 。1998 年产值达 5.6 亿 美元，1999 年产值达 6.626 亿美元，2000 年产值达 7.96 亿美元。 台湾有七家生产 LED 芯片

30、的公司，生产各色传统芯片占世界产量 的七成以上，主要厂商有光磊、鼎元、光宝、国联等，欧美、日本等 著名光电公司也使用台湾芯片，台湾封装工厂有 30 余家，有 10 个是 大公司，主要有光宝、亿光、今台等，这些厂商大多在大陆设厂，以 扩大产量，降低成本，增加市场竞争能力，台湾 LED 产业的整体实力 雄厚，正在逐步成为电子基础产品重要支柱产业。 1.3 对 LED 产业特点的认识 1.3.1 LED 企业的特点 LED 企业属于高科技产业，高科技企业是现代社会发展最迅速影 响最广泛的组织，是当代最先进、最强大生产力的体现，它是建立在 现代自然科学理论的基础上知识密集、技术密集，并能带来高效益、

31、对社会各方面会产生深刻影响的高科技基础之上的企业。LED 产业是 高科技产业，从事该产业的企业具有以下特点： （一） LED 企业需要高智力人才队伍 13 LED 企业的竞争主要表现为企业整体技术水平的竞争、产品中科 技含量的竞争、产品更新换代速度的竞争，但归根结底是人才的竞争、 智力的较量。LED 企业要有一个优良的技术团队和管理团队。在技术 团队里，有许多不同技术领域的专门人才，例如半导体材料、有机化 学、分析仪器等的专门人才。在管理团队里，有企业经营管理、理财， 市场营销等专门人才，还需要有既懂得技术又通晓管理的复合型人才。 LED 企业需要一大批具备上述素质的人才，产业化的过程也是一个

32、培 养人才队伍的过程，高素质 LED 企业专门人才离不开其赖以生存和发 展实际的成长环境，没有比真实的产业环境更能培养一支高素质的人 才队伍 9 。 （二）LED 企业需要高资金投资 资金密集是 LED 研究、开发和产业化的重要物质保证。LED 的特 点是技术上更新快，为了争取主动，必须投入大量的资金从事开发研 究：LED 的产业化首要的条件是密集的资金投入，许多企业产业化失 败的原因往往在于资金的不足，以传统的产业发展模式在 LED 产业很 难行得通。国际上知名的 LED 企业一般拥有 5-6 台设备，每台设备价 格平均按 200 万美元，仅设备投资就在 100-120 万美元，加上检测设

33、备 200 万美元，基础设施投资 500 万-600 万美元，总投资额在 1700 万-2000 万美元。 LED 企业需要集中大量的高科技人才，人才的竞争使人才成了稀 缺的资源，企业需要投入大量的资源用于人才竞争，国际上 LED 行业 的工程师年薪一般在 30 万美元，知名企业的工程师年薪在 50 万美元 以上。LED 行业人才市场的价格与国际上高科技行业人才市场价格是 一致的，谁拥有资金实力谁往往就能聘请到一流的技术人才。企业拥 有国家的资金实力，才有可能投入到研究开发中去，企业的技术进步 14 才有物质上的保障。 LED 产业的原材料价格亦十分昂贵，一张采购订单价值往往在人 民币几百万元

34、，因为没有达到供应商一定的数量要求，原材料的采购 成本就会比其他竞争对手高出十几二十个百分点，较高的采购成本、 原材料成本无疑增加了产品的总体成本，使得产品最终在市场上的竞 争能力受到一定影响。 （三）LED 企业存在高风险 LED 企业的高风险体现在研究创造的探索性、确定性，使得研究 的失败率比较高；巨额研究开发投入并不一定意味着科研成果能在市 场上实现其价值，转换为物质财富。市场需求千变万化，竞争激烈， 产品投放市场后能否得到市场的认可、投资回收等不确定因素众多， 风险性高；LED 产业处于高速度发展阶段，LED 产业的人才流动率比 较高，使得企业技术培训成本增加，技术开发和保护的不确定性

35、增高。 部分市场替代产品也逐步走向成熟，并且在特定的使用领域开始挑战 甚至替代 LED 产品。 （四）LED 企业可以产生高效益 LED 产品具有很高的科技含量，技术进步迅速，市场需求旺盛， 可以取得巨大的经济效益。近些年来，许多 LED 企业通过对产品的不 断开发，填补市场空白，在市场上获得一定了有利地位，市场占有率 提高，获得较高的利润。 （五）LED 企业竞争性高 LED 企业的高效益促进社会经济的发展，从而使许多国家的企业 都投入大量的资源发展 LED 产业，技术发展更迅速，导致 LED 企业面 对激烈的竞争。任何企业一旦跨入 LED 产业，面临的是国际竞争，是 与国际上几家技术力量雄

36、厚的老牌企业竞争，高科技竞争的残酷性是 15 远非传统产业可以比拟的，它几乎不存在国界、壁垒等的保护 10 。 1.3.2 LED 产业化特点 LED 产业自从问世至今，技术水平发生了深刻的变化，LED 产业 化具有下列六个特点： 第一、融合了多学科的知识和技术于一体 由于 LED 的制造工艺与半导体、化学工程、计算机监督控制系统， 高温工艺，稀有金属材料、有毒气体、光学等一系列的技术和工艺有 关，融合了多学科的知识，运用多种前沿技术于 LED 的制造过程中， 因此其技术含量甚高，技术发展更新快。 第二、LED 技术发展迅速，遵循克拉佛德否则（Crafords Law） 克拉佛德是美国光电协会

37、的专家，克拉佛德在 1990 年对 LED 的 发光效率演变发展进行了分析和预测，总结了 LED 发展的一种内在规 律，LED 的性能每十年发光效率提高 10 倍。 第三、知识产权较为集中 LED 产业专利技术等知识产权大多为几家大公司所垄断，如日本 的日亚光电公司，美国的 HP 公司、CREE 公司，欧洲的 OSRAM 公司等 拥有超高亮度发光二极管的大部分专利，原材料制造技术专利也同样 为少数几家企业垄断。 第四、工艺难度大 LED 还有一个重要特点是工艺难度大，工艺条件要求苛刻，生产 的重复性、质量稳定性难于掌握。工业化大批量生产对技术的要求很 高，LED 对生产条件的要求是十分苛刻的，

38、原材料的纯度要求到达当 前技术的极限，产品的检测及质量控制也是一个要求十分严格的工序， 因此世界上只有少数几家公司，如日本的日亚光电公司、昭和科技公 16 司，美国的 HP 公司、CRED 公司，欧洲的 OSRAM 公司，台湾的国联光 电公司和光磊公司等才能比较好地掌握工业化大批量生产技术。 第五、LED 产业化发展极其迅速 由于技术的飞快发展，LED 核心工艺 MOCVD（金属有机化学气相 淀积）设备近年来成倍地增长，1999 年全球统计在内的 MOCVD 设备销 售不到 100 台，2000 年增加到 200 余台，2001 年预计将达 250-300 台，而且主要为美国 EMCORE 公

39、司和德国 ALXTRON 公司两家的产品 （由于日本企业设备不销往海外，故没有将日本企业的 MOCVD 设备销 售数量统计在内） 。 第六、产品价格呈不断下降趋势 LED 同类产品价格每年以 20%-30%的幅度下降，而主要原材料如 金属有机源，特种气体及半导体衬底等的价格还有上涨的趋势。过去 的 5 年里， LED 产业总体的发展速度每年为 10%-12%，而高亮度的 LED 发展速度每年超过了 50%。性能优良的高亮度蓝光、绿光 LED 及 白光 LED 是目前市场上十分畅销的产品，价格高利润丰厚，而普通亮 度的 LED 以其数量大在低价格上竞争十分激烈。由于技术进步，加入 LED 产业的

40、新进入者增多，总体产量增加，从长远看 LED 的价格下降 趋势在所难免。 除了上述特点以外，LED 产业是国际化程度相当高的产业，人才 的跨国流动、设备的国际竞争、原材料的国际采购，产品一上市就面 临国际市场竞争的局面。我国发展 LED 产业，还有一个特点，即生产 所需要的原材料目前几乎全靠进口，尤其是关键原材料，如金属有机 源（TMGa,TMIn,TMAI）材料，半导体材料 GaAs,Sapphire 衬底，特种 高纯度气体均为国外少数厂家生产 11 。 17 2.我国 LED 产业概况与问题分析 2.1 我国 LED 产业概况与主要企业 2.1.1 我国 LED 产业概况 1968 年我国

41、第一批发光二极管开始进入市场，至今已有 40 多个 年头，在世界光电子新兴产业中有着极其重要的影响，在显示技术领 域始终占有一席之地，我国政府在电子基础产品发展中，坚持树立大 市场观念，以国民经济现代化、信息化为目标，实现产品专业化大生 产为重点，扩大出口创汇能力，首选光电子器件等五种新型电子元器 件作为发展目标，LED 产业是光电子器件发展中的重点，在产值、产 量、规模效应等占有优势，虽然在世界光电设计占有很小的份额，但 是我国巨大的市场潜力，使得制造厂商纷纷参与，扩张投资增加产能。 从 1995-1998 年近三年来 LED 产业年平均增长率大于 30%，尤其 是 1996 年之后增长较快

42、，1998 年实现销售收入 22.44 亿元，比上年 增长 13.44%，产量 65.09 亿只，比上年增长 5.2%，产值 35.89 亿元。 目前我国从事生产经营、科研教育等单位有 100 多个，从业人员约 15000 人，其中工程技术人员占二成，行业资产 3.5 亿元，初步形成 了产业规模，同时产业发展也带动了周边支持产业的发展，除 LED 芯 片之外，主要原材料、零邮件，所需的部分仪器设备国内都有生产供 应，国内许多高校、研究所在发光材料、新型结构、新器件、新应用 等方面做了大量的研究工作，取得了很多成果，1998 年完成科研开发， 技术改造 250 余项，某些成果达到国际先进水平。

43、2.1.2 我国 LED 产业主要企业 18 LED 是半导体光电器件中作为发光、显示应用的最重要产品之一， 我国已有 30 余年的 LED 发展历程。我国自七十年代发展 LED 产业以 来，全国 100 多家企业，95%都从事于后封装生产，所需管芯几乎全 都从大陆以外引进。经过努力，北京、长春、南昌、上海、山东、河 北等一些厂家，现已具有 GaAs 和 GaP 单品、外延片、芯片的批量生 产能力。信息产业都 746 厂组建的欣磊公司在 1998 年生产管芯 7 亿 粒，1999 年在 10 亿粒以上。虽然我国 LED 研究开发起步较迟，八十 年代才形成产业，到了九十年代已具相当规模，现在全国

44、有企业 100 多家，从业人员 12000 余人，近二三年来发展尤为迅速 12 。 我国 LED 产业虽然起步较晚，但发展势头强劲，下面几家是我国 LED 行业主要企业： (1)河北汇能公司（十三所下属企业） ；1995 年 5 月引进一台进 MOCVD 设备生产上游 LED 产品外延晶片，但由于设备引进没能同时引 进生产技术，迄今为止设备仍然无法正常生产外延晶片。企业花了较 长时间的摸索生产技术，失去了当时难得的进入市场的机会。据悉， 河北汇能公司建成的外延片生产规模为年产一万片。实际情况是 1999 年产 3000 片，2000 年年产 5000 片。 (2)河北立德公司：主要从事芯片制作

45、，从国外或台湾企业购买 外延晶片，通过划片、减薄工艺，做成芯片，并有一部分封装 LED 成 品进入市场。目前生产未能用足，生产处于断断续续进行。一方面由 于没能量产使得成本竞争力不强，另一方面企业在经营管理上存在某 些机制上问题，立德公司建成的芯片生产规模为年产一亿粒 LED 芯片， 但从来没有满负荷生产过。 (3)江西南昌欣磊公司：是国内从事 LED 研究和生产最早的企业 之一，是国营 746 厂与台湾光磊合资创办的企业，主要从事芯片制造 19 和封装。该企业曾经自制一台立式 MOCVD 设备，由于性能不稳定，无 法从事生产。目前该企业主要从事大批量普通亮度 LED 的封装。 (4)广州普光

46、公司：近期引进一台 MOCVD 设备，尚属研制阶段， 距离批量生产还远，而且一台的设备是无法很快形成规模化生产的， 但该企业位于我国改革开放较早的广州市，广东省政府十分重视这一 高科技项目，一旦技术问题得到克服，扩大投资的潜力是巨大的。 2.2 我国 LED 产业发展面临的问题 2.2.1 人才缺乏，技术的引进、消化吸收问题 人才缺乏，尤其是高层次技术人才缺乏，是我国 LED 产业发展的 首要问题。由于 LED 研究是实验性很强的学科，没有较好的实验条件 无法获得正确的技术指导和工艺参数，我国的科研院所普遍缺乏先进 的 MOCVD 设备，研究水平受到很大的影响。其次是技术的引进、消化 吸收问题

47、。LED 产业是一个技术密集型产业，由于我国在这一方面的 研究和开发相对落后，引进消化和吸收国外先进的设备和技术是一个 迫切的任务。个别企业的科研力量、技术开发那里总是有限的，缺乏 高素质的专业人才，即使有了先进的设备也不等于可以轻而易举地投 入生产，还要拥有一批掌握 LED 核心技术专门人才，没有相应的技术 力量作为设备引进、消化吸收的后盾，在生产过程中难免会遇到各种 各样的问题。我国企业应该重视在引进的基础上进行吸收消化和创新， 否则我国的企业在 LED 产业上很难有大作为。 2.2.2 创新能力不足与创新投入不足问题 技术创新在 LED 产业大有可为，随着新材料新工艺的出现，产品 性能可

48、能出现几何级数的上升。由于基础研究需要大量的资金投入， 对个别企业或科研院所往往是力不从心。笔者认为，政府可以组织科 20 研机构集中力量攻关，要使本国的科技得到发展。另一种方法就是几 家企业结成技术或产业化联盟，像欧美国家那样的做法，例如 PHILIP 与 OSRAM 合资创立一家以白光照明为研究开发重点的企业，美国 EMCORE 与 GE 公司合资创立 GELCORE 公司，专门开发汽车照明灯具和 白光光源。欧美国家的这种组织创新值得我们借鉴。创新不足首先从 研究开发的投入资金不足上可以看出。美国在 1991-2001 年的 10 年 间 LED 研究开发的经费为 5 亿美元，年平均投入

49、5000 万美元，我国 每年在 LED 研究开发上投入的经费，据不完全统计，还不到 500 万元 人民币；其次从事 LED 技术研究的人员数量、研究条件也跟发达国家 存在一定的距离；由于光电半导体学科是一个实践性、工艺性很强的 专门学科，没有一定的科研条件无法验证理论上的成果，便无法获得 工艺的改进和突破。 2.2.3 规模与资金问题 业界一般认为，专业化大规模生产是 LED 制造业发展的唯一道路。 LED 产业化的最大经济规模为：红橙黄光 LED 需要 2 台以上生产型的 MOCVD 设备，即每炉 35-38 片，除设备维修保养时间外每天持续不断 地生产，一年生产 280-300 天，年产

50、5 万以上的外延片，少于 5 万片则很难形成产业最小的经济批量。 蓝绿光 LED 由于技术难度大，蓝绿光的用量（尤其是蓝光用量） 相对较少，业界一般认为，蓝绿光 LED 产业化的最少经济规模为 4 台 以上的 MOCVD 设备（即每炉 6 片）较合适，除设备维修保养时间外每 天持续不断地生产，一年生产 280-300 天，年产 2 万片上的外延片， 少于 2 万片则不是一个很好的产业经济批量。 如果没能达到上述生产规模，则企业的生产成本相对比较高。从 台湾几家 LED 制造商发展经验来看，可以证明这一看法是有根据的。 21 台湾的国联目前拥有大小近 20 台 MOCVD 设备。据悉，38 片/

51、炉的设备 就有 10 余台，规模的大小与投入的资金是紧密相关的。日本、美国 台湾的企业由于资金方面的优势有能力进行大投资，因为高科技企业 是技术密集与资金密集不可分隔的，在产业化方面资金的多寡显得异 常关键。反观我国企业，项目上市时资金往往不足 5000 万元 13 。 2.2.4 市场营销问题 市场营销是我国多数 LED 企业的薄弱环节。发达国家在市场营销 上积累了多年的经验，市场比较成熟，销售网络也较为集中，市场秩 序比较清晰。我国市场经济的建立才刚刚起步，市场秩序远比不上发 达国家，我国企业在市场营销上的经验十分欠缺。国内市场经济体制 不成熟、商业信誉欠缺使得企业销售工作困难重重。例如国

52、内一家从 事后道封装工序的 LED 企业，被拖欠的流动资金超过了企业除不动产 以外的所有固定资产的总和。不少资金紧张的企业由于债务拖欠无法 很好地抓住市场机会扩大生产。 在 LED 产品领域，一旦我国企业在生产技术上的问题解决之后， 最主要的问题或许还是市场营销。我国的 LED 企业往往缺乏足够的相 关行业经验的营销人才，这种人才大多有着专业教育背景和多年的营 销经验积累。 营销投入不足与企业规模大小不无关系，专业化的生产型企业一 旦达到规模优势，营销投入的比例一般会达到一个合理的水平，广告 开支、参加专业定货会、展览会的费用占企业总的费用比例就不显得 突出，如果没能达到一定的规模效益，那么营

53、销方面的费用往往会使 企业感到棘手。营销投入多的企业由于频繁地参加行业的技术交流和 市场信息交流，信息更灵敏，进而得到更多的商业机会，走上更多的 营销投入更大的成交回报这么一种良性循环的道路。 22 2.3 对我国 LED 产业地位的认识 2.3.1 发展 LED 产业是我国现代社会发展需要 LED 在国民经济中的地位与使命可以从其用途的广泛性上充分表 现出来，它不仅满足社会中信息显示的需要，而且还可以丰富人民生 活，提高社会的文明与进步。 (1)LED 对照明的影响 全色超高亮度 LED 是照明和显示技术一次新的飞跃。LED 产品科 技含量高，其他产业诸如仪器仪表，汽车工业、航空器照明等有着

54、直 接或间接的影响，一旦进入普通照明领域，那将导致一场照明革命性 的变化。所以各国政府都十分重视 LED 产业的发展。 (2)LED 的节能效应 发展 LED 产业是我国节约能源、环境保护的需要。从可持续发展 战略观点看，生产新型节能材料、发展高性能 LED 产业具有广阔前景。 从节能效益来看，LED 是固体发光材料，发光效率高，属冷光源。 (3)发展 LED 产业，可以打破国际垄断 LED 产业技术水平综合体现了一个国家科学技术发展水平。LED 产业融合了学科领域的知识和技术，LED 的制造工艺与半导体、化学 工程、计算机监督控制系统，高温工艺，稀有金属材料、有毒气体、 光学等一系列的技术和

55、工艺有关，运用的多种前沿技术于 LED 的制造 过程中，因此真技术含量甚高，故 LED 技术发展水平是一个国家综合 技术水平的体现。 目前超高亮度 LED 尤其是蓝、绿光 LED 材料的生产技术一直为 HP、CREE、日亚、东芝、以及台湾的少数公司所垄断,为了打破国际 垄断,必须建立我国自己的超高亮度 LED 材料生产基地。之前我国大 23 多数 LED 厂家仅从事劳动密集型的后道封装生产，所需芯片全部依赖 进口。预计 2001 年我国将需求超高亮度 LED180 亿只，随着需求量的 不断扩大，对外国的依赖也越来越严重，这种状态亟待改变。发展民 族 LED 产业，是一个国家科学技术发展战略的需

56、要。我国要在高技术 方面拥有自己的研究实力，在国防现代化方面取得进展，拥有与 LED 相关的技术是必不可少的，可以说，谁掌握了 LED 技术，谁就在光电 重要领域占了一席之地。一旦我们拥有最先进的 LED 技术，少数国家 的技术封锁和贸易禁运就不攻而破。 (4)发展 LED 产业可以带动国内相关产业的发展 发展 LED 产业可以带动国内相关产业的发展，上游可促进原材料 的国产化，超高亮度 LED 材料的产业将推动 LED 产品产业化的发展， LED 材料产业化是 LED 产品产业化的基础。发展 LED 产业可以推动 GaAs 衬底片国产化、 产业化，AlGaInP 四元素超高亮度 LED 外延

57、材 料生长是用 GaAs 做衬底片，目前国产 GaAs 在数量上和质量上均满足 不了飞速发展的需要，超高亮度 LED 外延材料产业化将带动我国单晶 行业的发展。发展 LED 产业还可以推动高纯金属有机化合物（MO 源） 等材料的发展 14 。 2.3.2 我国 LED 产业的发展前景 LED 巨大的市场注定其将发展成一个庞大的产业。总体来看，国 内在规模产业的发展上一直不尽人意，典型案例就是集成电路产业与 液晶面板产业，国内到现在集成电路产业还是夹着尾巴做人，液晶面 板产业也是百病缠身，技术复杂、投资大、基础薄弱是主要原因，而 LED 产业将打破这个魔咒，并且可以带动相关产业的提升，如国内驱

58、动芯片产业在液晶驱动上根本做不起来，因为液晶面板产业不在国内， 由于有巨大市场支撑，LED 驱动芯片预计在国内得到蓬勃发展，促进 24 国内相关企业做大做强，这反过来又会促进国内 LCD 驱动芯片或其它 驱动芯片的发展。从 LED 产业发展进程看，全球 LED 按销售额目前最 大市场是手机背光市场，随着手机销量增长的趋缓，以及手机 OLED 屏对 TFT-LCD 屏的渗透加深，全球 LED 的增速下降。由于技术进步带 来的成本降低目前(乃至 2010 前)还不足以让 LED 全面进入一般通用 照明市场，全球接下来的增长点将在笔记本、液晶电视的背光市场以 及汽车内饰背光与车后灯市常由于目前全球前

59、六大液晶面板厂(LG、 非利浦、三星、友达、奇美及夏普)分布在 LED 技术水平高、产能大 的日本、台湾地区及韩国，国内仅有京东方、上光电和龙腾光电的三 条五代面板线，上海天马的 4.5 代线产能开出后也会有 LED 背光需求， 但总体需求量不占主导地位，国内企业进入液晶面板 LED 背光供应链 的收益不会很大，这与手机面板背光市场有相似之处。 中国现阶段的应用市场主要在建筑照明、室内外显示屏，基于上 述原因，下一波的主力可能还是目前这些市场，但在手机、小尺寸液 晶背光、汽车的渗透会加大，另外一些零散市场如特种照明的开拓也 会更大(特种照明对成本的要求没有通用照明那么苛刻)。经过前几年 的替换

60、，LED 交通指示灯已经非常普遍，由于 LED 的使用寿命较长， 短期内很难在出现大规模的替换工作，这就使得交通指示灯对于 LED 的需求将出现一段低潮期；国内轿车市场庞大，但要求较高，认证周 期长，只要有过硬的产品质量，国内车用背光及车灯的 LED 市场需求 非常大，而且这一市场的需求增长比较稳定；而 LED 显示屏以其易拼 装、低功耗、高亮度等优点已经广泛应用到银行、证券、体育场馆中， 未来这一市场仍有很大增长潜力；在奥运会、世博会、一些城市夜景 工程示范效应的带动以及国家半导体照明工程等众多有利因素的促进 下，建筑照明市场依然前景广阔。 25 总体看，国际大厂着力于一些高端、目标市场比较

61、集中的 “整 装”市场以及潜力巨大的通用照明市场，而将一些对产品技术要求相 对低一点、比较分散未来控制力弱的市场让出来，由于其手握大量专 利，不担心未来被挤出市场，现阶段并不太追求产能(日亚月产能 500kk，丰田合成及 Cree 分别为 350kk 和 300kk)，而着力于引领市场 技术潮流，当技术成熟到可以规模进入通用照明市场时，估计其产能 将会快速提升，同时减少对外专利授权。这种“中心外围”的竞争 格局预计将维持很长时期。 目前国内厂商的市场还主要在内地，如果芯片出口恐将遇到两方 面的挑战：一、国际大厂的专利诉讼(主要是蓝光和白光)，实际上只 要做到一定规模，无论出口与否都会遇到专利挑

62、战，但出口受专利诉 讼的可能性更大一些；二、其它外围厂商的竞争，特别是台湾地区厂 商，台湾厂商沿袭它们的传统战略技术紧密跟踪国际大厂，同时大 力提升产能，降低成本，目前台湾芯片产能全球第一，还有一些其它 行业的巨无霸如鸿海、联茂、佳总正陆续进入这一领域，未来台湾产 能将影响全球 LED 芯片市场价格波动。鉴于国内巨大的市场需求，国 内芯片厂即使依靠国内市场也可以获得充足的发展，如果海外光电大 厂无限制进入国内市场，国内企业会面临持续的竞争压力，这对于处 于成长期的国内企业而言是十分不利的。现阶段是 LED 产业成长期， 也是各 LED 大厂国内布局期，外资投资国内享受税收优惠，国内企业 在竞争

63、中处于不平等地位，对外资进入国内市场，应鼓励在国内设厂 从事外延、芯片等具有核心技术的企业，这些企业可促进国内人才培 养，整体技术水平的提高；应限制那些封装在国内，外延、芯片等具 有核心技术的部分在国外专为占领市场而来的企业，一旦让这样的企 业在各个核心领域卡位，本土企业享受不到技术进步带来的好处，发 26 展空间又受限，将来抢位恐怕又得靠价格战，做吃力自己又不讨好的 事情，因此目前应对仅封装部分在国内的外资加以限制，如加征芯片 进口关税。 我们认为 LED 产业在国内有良好的发展前景，基于以下几点：一、 就技术而言，LED 具有技术成长瓶颈高，学习门坎低特性，国内在半 导体领域长期积累的研究

64、资源都可以用得上，具备较好的研究基础。 尽管国内集成电路制造基础比较薄弱，工艺水平比较低，但国内一些 企业通过聘请海外技术人员加盟，在技术上不断取得突破，国内 好的企业技术水平已经与台湾大厂的技术水平相差不大，与国际大厂 的整体差距也在不断拉近；二、LED 的投资额比较小，初始投资 1 亿 就可建厂，国内企业进入门槛低，容易实现滚动发展，这与集成电路 制造及液晶面板制造动辄几十亿到上百亿人民币的投资而言显得“微 不足道” ，国内企业容易进入形成产业集群，当然，也可能造成恶性 竞争，发展到一定阶段需要市场整合；三、国内市场巨大，LED 未来 主要市场是通用照明市场，市场容量大，终端消费市场比较分

65、散，不 易形成垄断，国内企业生存空间广阔；四、国内一些企业拥有核心知 识产权，如晶能光电的硅衬底氮化镓蓝光项目，大连路美的芯片领域 核心技术，都具有全球竞争力，这些企业在技术发展上容易形成示范 效应，促进国内企业市场健康成长；五、技术成熟后，LED 下游封装 和器件生产属于劳动密集型，大陆具备发展劳动力的低成本优势。 LED 产业前景光明，然而只有在上述两个方面领先行业的企业才 是未来的王者。 3.结论与展望 27 本文综述性地介绍了 LED 的性能、产业的发展背景、应用领域、 产业的技术前景及经济前景和产业发达国家和地区产业现状。同时分 析论述了我国 LED 产业发展面临的四大问题：人才缺乏

66、，技术引进、 消化吸收问题；创新能力不足与创新投入不足问题；规模与资金的问 题以及市场营销问题。通过本文加深了有关 LED 的理论知识，认识到 了我国 LED 产业的优势所在，相信在不久的将来 LED 将取代传统白炽 灯。但是也存在一定的不足之处，所以我国应该加强相关设备和资金 的投入。 今后 LED 的发展主要集中在半导体照明、全彩色显示屏、LED 显 示综合应用产品、信息化与景观照明、交通、广告、展览、专业领域 产品以及创造品牌优势、建立标准化、调整产业结构、加强国际合作。 同时市场影响力的 LED 品牌企业数量不断增加，大型显示系统工程领 域的综合竞争能力将不断加强。应用范围将不断扩展，LED 照明更是 带来巨大的市场空间，LED 显示应用产业正步入一个新的历史发展时 期，充满无限生机。 28 参考文献 1 王声 等. LED 原理及其照明应用J. 灯与照明, 2006(04): 26-28. 2 刘婷婷. LED 光源与照明开发正在成为国际光电技术领域的 竞争热点J. 工业设计, 2007(03):36-37. 3 王建民. LED 和 EL 背光源J. 电子世界, 1999(