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2006-2008年中国半导体照明(LED) 市场调查与投资咨询研究报告
分类:移动互联.其他终端.1,LED应用 由于LED的节能特点,世界各国对LED的研发生产都极为
重视.日本已经实现1998-2002年耗费50亿日元推行白光照明,预计2006年完成用白光LED照明
替代50%的传统照明,整个计划的财政预算为60亿日元.美国2000年制定的“下一代照明计划”被
列入了能源法案,计划从2000-2010年,投资5亿美元,用LED取代55%的白炽灯和荧光灯,预计到2025年,固态照明光源的使用将使照明用电减少一半,每年节电额达350亿美元,形成一个每年产值超过500亿美元的半导体照明产业市场.
未来5年,我国也将把半导体照明作为一个重大工程进行推动;而科技部也已批准上海、大连、南昌、厦门、深圳5地作为LED产业化基地.按这5大产业基地预计目标,估计,到2010年,整个中国LED产业产值将超过1500亿元.
我国在半导体照明领域已具备一定技术和产业基础.已经初步形成从外延片生产、芯片制备、器件封装集成应用的比较完整的产业链,现在全国从事半导体LED器件及照明系统生产的规模以上的企业有400多家,且产品封装在国际市场上已占有一定的份额.另外,我国具有丰富的有色金属资源,镓、铟储量丰富,占世界储量的70%-80%,这使我国发展半导体照明产业具有资源上的优势.
据国家新材料行业生产力促进中心提供的资料,整理的数据,目前,我国LED上游生产企业主要有深圳方大、厦门三安、上海蓝光、大连路美、江西联创、江西欣磊等;中游生产企业主要有深圳量子、河北鑫谷、宁波升普、杭州创元、杭州中宙、北京睿源等(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.);下游生产企业主要有厦门华联、佛山光电、宁波爱米达、天津天星等.
通过启动国家半导体照明工程,我国在两年多时间内取得了一系列技术创新与产业化方面的突破. (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.
首先,在功率型高亮度发光二极管芯片关键技术方面,实现了功率型芯片的从无到有,改变了芯片全部依赖进口的不利局面,国产芯片目前占到国内市场37%的份额.其次,功率型白光封装也取得较大突破,基本达到国际产业化水平的40流明.此外,在半导体照明应用产品的系统技术集成开发方面有了较大进展.新开发的诸如功率型LED台灯、汽车灯、功率型LED太阳能庭院灯等百余种应用产品,已实现批量生产并有部分产品出口.
本报告通过对LED行业中的宏观政策导向、行业运行状况、产业链合作竞争、市场标杆企业运营状况等因素进行深入分析,引出我们对LED行业现状的理性思考和对未来趋势的精确预测,图文并茂,数据逻辑翔实,是广大业内生产企业、战略研究和投资机构人士了解行业动态、制定企业战略的必备参考.
本产品由我公司电子行业研究小组历时两个月于2006年12月独家推出,报告的研究思路、目录框架结构已申请知识产权保护,并授权相关机构发布.任何未经授权的机构发布、销售本报告或在媒介公布此目录之行为均属侵权,必将担负其相关法律责任.特别声明:本版本研究报告是公司多年持续研究的结果,购买2007年可以免费赠送2006年版本的LED市场调查与投资咨询研究报告.
报告目录
第一章 LED常识概述
第一节 LED定义及分类
一、LED定义
LED Light Emitting Diode.发光二极管.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(idling time)、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灯是冷光源,省电而且亮度也高,是新型的理想照明方案.LED显示屏是集光电子技术,微电子技术,计算机技术和视频技术为一体的高科技产品,它的发光部分由LED(即光发二极管)拼装组成的,
其优点是耗电量少,亮度高,工作电压低,驱动简单,寿命长,性能稳定.显示屏面积可以根据需要由单元模块任意拼装,响应速度快.
LED使用提示
静电的基本物理特性为:吸引或排斥,与大地有电位差,会产生放电电流.这三种特性对电子元件的影响:
1、静电吸附灰尘,降低元器件绝缘电阻(缩短寿命).
2、静电放电破坏,使元器件受损坏不能工作(安全破坏).
3、静电放电或电流产生的热,使元件器受伤(潜在损伤).
4、静电放电产生的电磁场幅度很大(达几百伏米)频谱极宽(从几十兆到几千兆),对电子器件造成干扰甚至损坏(电磁干扰). 如果元器件损坏,则能在生产及品管中被察觉而排除,影响较小.如是静电使元器件轻微受损,在正常测试下不易发现,并会因过多层的加工,直至已在使用时才出现,不但检查不易,还要耗费很多人力及财力才能查出问题,而且造成的损失将可能巨大.
目前针对高亮度LED在使用上存在的最大问题是ESD(静电)的影响.静电是造成LED材料漏电(IR 反向电流)的主要因素,90%的静电均来源于作业中没有对设备进行接地及操作员没有配备相应的防静电设置,LED在漏电后其亮度和颜色不会即时表现出不良现象,但在正常持久工作时其亮度会明显下降或不稳定及不亮, 因而在制造作业中应尽可能的在防静电方面做一些控制.
1.检验:
1.测试机台需接地(单独地线)
2.测试人员需配备防静电环(必须为有线并接单独地线)
3.避免材料有剧烈磨擦,如在材料盘内来回挪动材料及在桌面上反复挪动材料均易造成漏电.
2．仓库储存:
1.储存条件: Ta 25℃±5℃ HR% 60%以下
2.杜绝12小时内不封口现象.
3． 制造生产:
1.生产车间地板布铜网进行静电吸收处理(单独地线).
2.焊接设备(包括电烙铁、自动焊接机台及测试机台)需接地,操作人员需配备防静电环.
Electro Static Discharge 静电简介
静电学是十八世纪以库仑定律为基础建立起来的,以研究静止电荷及磁场作用规律的学科,是物理学中电磁学的一个重要组成部分. 静电工程学是指从十九世纪初以现在形成的以静电学为基础而研究静电危害及其防护和静电应用技术的专门科学.其主要研究内容有静电应用技术如静电除尘、静电复印、静电生物效应等以及静电防护技术如电子工业、石油工业、兵器工业、纺织工业、橡胶工业以及航天与军事领域等静电危害问题.
在二十世纪中期随着工业生产的高速发展以及高分子材料的迅速推广应用,一方面,一些电阻率很高的高分子材料如塑料,橡胶等制品的广泛应用以及现代生产过程的高速化,使得静电能积累到很高的程度,另一方面,静电敏感材料的生产和使用,如轻质油品,火药,固态电子器件等,工矿企业部门受静电的危害也越来越突出,静电危害造成了相当严重的后果和损失.
它曾造成电子工业年损失达上百亿美元,这还不包括潜在的损失.二次世界大战后许多工业发达国家都建立了静电研究机构.我国对静电的研究有40多年的历史,取得了许多成果,有一大批各层次的科技人员,尽管如此,还有许多静电问题没解决,静电仍是困扰我们的“幽灵”.
静电是怎样产生的
在日常生活中,任何两个不同材质的物体接触后再分离,即可生产静电.当两个不同的物体相互接触时就会使得一个物体失去一些电荷如电子转移到一个物体使其带正电,而另一个物体得到一些剩余电子的物体而带负电.所以物体之间接触后分离就会带上静电.通常在从一个物体上剥离一张塑料薄膜时就是一种典型的“接触分离”起电. 固体、液体甚至气体都会因接触分离而带上静电.为什么气体也会产生静电呢?因为气体也是由分子、原子组成,当空气流动时分子、原子也会发生“接触分离”而起电.所以在我们周围环境以至我们的身上都会带有不同程度时就会发生放电.
我们都知道磨擦起电而很少听说接触起电.实质上磨擦起电是一种接触又分离从而造成正负电荷不平衡的过程.磨擦是一个不断接触与分离的过程.因此磨擦起电实质上是接触分离起电.在日常生活中,各类物体都会因移动或磨擦而产生静电,如工作桌面、地板、椅子、衣服、纸张、包装袋、流动空气等.
另一种常见的起电是感应起电,当带电物体接近不带电物体时会在不带电物体的两端分别感应出正电与负电.
为何要提高ESD防护意识
ESD是Electro Static Discharge即“静电放电”的意思.ESD是二十世纪中期以来形成的以研究静电的产生与衰减、静电放电模型、静电放电效应如电流热(火花)效应(如静电引起的着火与爆炸)和电磁效应如电磁干扰(EMI)及电磁兼容性(EMC)问题越来越重视. 在二十世纪70年代以前,很多静电问题都是由于人们没有ESD意识而造成的,即使现在也有很多人怀疑ESD会对电子产品造成损坏.这是因为大多数ESD损害发生在人的感觉以外,因为人体对静电放电的感知电压约为3KV,而许多电子元件在几百伏甚至几十伏时就会损坏,通常电子器件对被ESD损坏后没有明显的界限,把元件安装在PCB板上以后再检测,结果出现很多问题,分析也相当困难.特别是潜在损坏,即使用精密仪器也很难测量出其性能有明显变化,所以很多电子工程师和设计人员都怀疑ESD,但近年实验证实,这种潜在损坏在一定时间以后,电子产品的可靠性明显下降.
电子工业的静电是如何产生
静电是时时刻刻到处存在的,但是在二十世纪40-50年代很少有静电问题,因为那时是晶体三级管和二极管,而所产生的静电也不如现在普遍存在.在60年代,随着对静电非常敏感的MOS器件的出现,静电问题日渐明显,到70年代静电问题越来越严重.80-90年代,随着集成电路的密度越来越大,一方面其二氧化硅膜的厚度越来越薄(微米一纳米),其承受的静电电压越赤越低,另一方面,产生和积累静电的材料如塑料,橡胶等大量使用,使得静电越来越普遍存在.
电子工业的整个生产过程中都会产生静电,依各阶段的可分为:
1、元件制造过程:包含制造,切割、接线、检验到交货.
2、印刷电路版生产过程:收货、验货、储存、装配、插入、焊接、品管、包装到出货.
3、设备制造过程:电路板验收、验货、储存、装配、品管、出货.
4、设备使用过程:收货、安装、试验、使用及保养.
5、 设备维修过程:在这整个过程中,每一个阶段中的每一个小步骤,元件都可能遭受静电损害.电子工业生产的过程,所以对静电防护的切性日益重要.
静电对电子产品损害的特点
1、隐蔽性
人体不能直接感知静电,除非发生静电放电,但是发生静电放电人体也不一定能有电击的感觉,这是因为人体感知的静电具有隐蔽性.
2、潜在性
有些电子元器件受到静电损伤后的性能没有明显有下降,但多次累加放电会给元器件造成内伤而形成隐患.因此静电对器件
的损伤具有潜在性.
3、随机性
电子元器件什么情况下会遭受静电破坏呢?可以这么说,从一个元器件产生以后,一直到它损坏以前,所有的过程都受到静电的威胁,而这些静电的产生也具有随机性.
4、复杂性
静电放电损伤的失效分析工作,因电子产品的精、细、微小的结构特点而费时、费事、费钱,要求较高的技术并往往需要使用扫描电镜等高精密仪器.即使如此,有些静电损伤现象也难以与其他原因造成的损伤失效当作其他失效.这在对静电放电损害未充分认识之前,常常归因于早期失效或情况不明的失效,从而不自觉地掩盖了失效的真正原因.所以静电对电子器件损伤的分析具有复杂性.
静电对电子产品损害的形式
静电的基本物理特性为:吸引或排斥,与大地有电位差,会产生放电电流.这三种特性对电子元件的影响:
1、静电吸附灰尘,降低元器件绝缘电阻(缩短寿命).
2、静电放电破坏,使元器件受损坏不能工作(安全破坏).
3、静电放电或电流产生的热,使元件器受伤(潜在损伤).
4、静电放电产生的电磁场幅度很大(达几百伏米)频谱极宽(从几十兆到几千兆),对电子器件造成干扰甚至损坏(电磁干扰).
如果元器件损坏,则能在生产及品管中被察觉而排除,影响较小.如是静电使元器件轻微受损,在正常测试下不易发现,并会因过多层的加工,直至已在使用时才出现,不但检查不易,还要耗费很多人力及财力才能查出问题,而且造成的损失将可能巨大.
LED使用注意事项
LED焊接条件
(1)烙铁焊接:烙铁(最高30W)尖端温度不超过260℃;焊接时间不超过3秒;焊接位置至少离胶体2毫米. (2)浸焊:浸焊最高温度260℃;浸焊时间不超过5秒;浸焊位置至少离胶体2毫米.
引脚成形方法
(1)必需离胶体2毫米才能折弯支架.
(2)支架成形必须用夹具或由专业人员来完成.
(3)支架成形必须在焊接前完成.
(4)支架成形需保证引脚和间距与线路板上一致.
LED安装方法
(1)注意各类器件外线的排列,以防极性装错.器件不可与发热元件靠得太近,工作条件不要超过其规定的极限.
(2)务必不要在引脚变形的情况下安装LED.
(3)当决定在孔中安装时,计算好面孔及线路板上孔距的尺寸和公差以免支架受过度的压力.
(4)安装LED时,建意用导套定位.
(5)在焊接温度回到正常以前,必须避免使LED受到任何的震动或外力.
清洗
当用化学品清洗胶体时必须特别小心,因为有些化学品对胶体表面有损伤并引起褪色如三氯乙烯、丙酮等.可用乙醇擦拭、浸渍,时间在常温下不超过3分钟.
工作及储存温度
(1)LED LAMPS发光二极管 Topr-25℃~85℃ 、 Tstg-40℃~100℃
(2)LED DISPLAYS显示器 Topr-20℃~70℃ 、 Tstg-20℃~85℃
(3)OUT-DOOR LED LAMPS 像素管 Topr-20℃~60℃ 、 Tstg-20℃~70℃
照明技术就如同其它任何技术和科学学科一样,有其专有之术语.此些特殊用语及观念被用来定义灯及灯具之特性并将测量单位统一化.以下为一些重要之照明用语.
光及辐射 (Light and radiation)
光是指人眼可以感知为明亮之电磁辐射,也可以说是整个电磁辐射光谱中人眼可以看见之部份;这部份之波长分布在360到830 nm,只占已知之电磁辐射光谱中之非常微小之部份.
光通量 (Luminous flux,Φ) 单位为:流明 (lumen, lm) 由一光源所发射并被人眼感知之所有辐射能称之为光通量.
光强度 (luminous intensity, I ) 光源在某一方向立体角内之光通量大小. 单位:坎德拉 (candela, cd)
一般而言,光源会向不同方向以不同之强度放射出其光通量.在特定方向所放出之可见光辐射强度称为光强度.
照度 (Illuminance, E) 单位:勒克斯 (Lux, lx) 照度是光通量与被照面之比值.1 lux之照度为1 lumen之光通量均匀分布在面积为一平方米之区域.
辉度 (Luminance, L) 单位:坎德拉每平方米 (cd㎡) 一光源或一被照面之辉度指其单位表面在某一方向上的光强度密度,也可说是人眼所感知此光源或被照面之明亮程度.
重要之测光公式:
I , 光强度[cd] = 立体角内之光通量 立体角Ω[sr]
E , 照度[lx] = 落在某面积上之光通量[lm] 此被照面面积[㎡]
= 光强度[cd] (距离[m] )2
L , 辉度[cd㎡]= 光强度[cd] 所见之被照面面积[㎡]
η发光效率[lmW]= 所产生之光通量[lm] 消耗电功率[W]
发光效率 (Luminous efficacy, η)
单位:流明每瓦[lmW]
代表光源将所消耗之电能转换成光之效率
色温 ( Co1or Temperature )
单位:绝对温度 ( Kelvin, K )
一个光源之色温被定义为与其具有相同光色之标准黑体 (black body radiator) 本身之绝对温度值,此温度可以在色度图上之普朗克轨迹上找到其对应点.标准黑体之温度越高,其辐射出之光线光谱中蓝色成份越多,红色成份也就相对的越少.以发出光色为暖白色之普通白热灯泡为例,其色温为2700K,而昼光色日光灯之色温为6000K.
光色 (Light color)
一个灯的光色可以简单的以色温来表示.光色主要可分成三大类:
暖色 : 3300K
中间色:3300 至 5000K
昼光色: 5000K
即使光色相同,灯种间也可能因为其发出光线光谱组成不同而有很大的演色性表现差异.
演色性 (Color rendering )
一般认为人造光源应让人眼正确地感知色彩,就如同在太阳光下看东西一样.当然这需视应用之场合及目 的而有不同之要求程度.此准据即是光源之演色特性,称之为 平均演色性指数(general color rendering index, (Ra).
平均演色性指数为对象在某光源照射下显示之颜色与其在参照光源照射下之颜色两者之相对差异.其数值之评定法为分别以参照光源及待测光源照在DIN 6169所规定之八个色样上逐一作比较并量化其差异性;差异性越小,即代表待测光源之演色性越好,平均演色性指数Ra为100之光源可以让各种颜色呈现出如同被参照光源所照射之颜色.Ra值越低,所呈现之颜色越失真.
灯具效率 (Luminaire efficiency) 灯具效率(又称灯具光输出比)是用来评估灯具之能源效率的一项重要标准,其值是将装有光源的灯具所发出之光通量除以所装光源本身所发出光通量所得之商值.
不可见光 (Invisible Light) 相对于可见光,波长在360到830nm以外的电磁辐射称为不可见光.波长小于360nm的电磁波最为一般人了解的是紫外线,其它还有x射线、r射线、宇宙线;大于780nm的电磁辐射则有红外线及无线电波等.
光谱 (Spectrum) 光线依波长大小顺序之分布称为光谱.每种光源都可以依其波长组成而在光谱图上显示出其光谱能量分布图(Power Spectrum Distribution) .太阳光及白炽灯泡之光谱能量分布为连续曲线,而一般放电灯为非连续曲线.
白炽灯泡 (Incandescent lamp) 白炽灯泡为最早成熟的人工电光源,它是利用灯丝通电发热发光的原理发光.一般而言,白炽灯泡的发光效率较低,寿命也较短,但使用上较方便.
气体放电灯 (Gas discharge lamp) 此类光源之发光原理为其两电极间之气体受电子激发而发光.又可分为低压气体放电灯,如日光灯及高压气体放电灯,如水银灯、高压钠气灯及复金属灯.
发光二极管 (LED) 发光二极管为特殊材质制成之p-n二极管.在顺向偏压下,电子在接合面流动时,会在再结合而消灭的过程中发光.体积小、发光效率原不高,但近年来发展迅速,适用场合已推广到交通信号灯、指示灯,甚至也适用于一些特殊场合之照明用途.
常用照明术语
光通量
流明
Lm 发光体每秒种所发出的光量之总和,即光通量
光强
坎德拉
cd 发光体在特定方向单位立体角内所发射的光通量
照度
勒克斯
Lmm2 发光体照射在被照物体单位面积上的光通量
亮度
坎德拉
每平方米
cdm2 发光体在特定方向单位立体角单位面积内的光通量
光效
每瓦流明
Lmw 电光源将电能转化为光的能力,以发出的光通量除以耗电量来表示
平均寿命
小时
指一批灯泡至百分之五十的数量损坏时的小时数
经济寿命
小时
在同时考虑灯泡的损坏以及光束输出衰减的状况下,其综合光束输出减至一特定的小时数.
此比例用于室外的光源为百分之七十,用于室内的光源如日光灯则为百分之八十.
SMD LED surface-mount device LED.表面粘着型LED.
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Siemens Component Group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.
红外线发光二极管 红外线Light Emitting Diode.
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 reverse mounting type 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Light Emitting Diode.
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(1 cd)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Light Emitting Diode.
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.
GaN LED 氮化镓发光二极管.
GaN LED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,GaN LED的市场潜力十分雄厚.
OLED OELD.Organic Electro-Luminescence Display.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,因室内的环境较稳定,所以比较不需要做防水防护装置及散热等措施,施工方面比较容易.
户外用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,由显示看板的厂商将这些单一组件,依照各种不的需求,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.户外LED看板,观看距离较远,分辨率要求相对的较低,但对亮度、可见度及耐候性的要求都比较高,所以在户外的施工上比较需要考虑散热和防水等问题.
大型LED显示屏
大型LED显示屏需要组合不同的元组件与技术,一家厂商很难完全自产自足,因此外围产业的分工十分重要.大型LED显示屏需要的元组件包括:Driver IC、LED Cluster、Power Supply、Cable及机械框架等;技术方面的需求包括:防静电设计、电力配电规划、驱动线路设计、驱动软件设计、机械结构设计(散热、视角、支撑、遮阳、防潮等考量)以及亮度、色度的测试技术等.
UV LED紫外线二极管
UV LED(紫外线发光二极管)照明不仅可净化空气、节约能源,并可望取代现有的萤光灯与白热灯等照明装置,加上过去仅及405nm的波长带最近扩大到200nm,预期应用范围将大幅扩大到杀菌、废水处理、除臭、医疗、皮肤病治疗、辨识伪钞与环境Sensor等领域.
发光二极管(Light Emitting Diode,简称LED)
是一种藉外加电压激发电子而放射出光(电能→光)的光电半导体组件.发光现象属半导体中的直接发光(没有第三质点的介入).整个发光现象可分为三个过程(直接发光): 价电带的电子受外来的能量(顺向偏压),被激发至导电带,并 同时于价电带遗留一个电洞,形成电子-电洞对. 受激发的电子于导电带中,与其它质点碰撞(散射),损失部份能量,而接近导电带边缘. 一旦导电带边缘的电子于价电带觅得电洞时,电子即从导电带边缘,经由陷阱中心(释放热能)或发光中心(释放光能),回到价电带与电洞复合,电子-电洞对消 失. 因为LED主要是电子经由发光中心与电洞复合而发光,所以是一种微细的固态光源,不但体积小、寿命长、驱动电压低、反应速率快、耐震性特佳,而且能够配合轻、薄和小型化之应用设备的需求,成为日常生活中十分普遍的产品. 利用各种化合物半导体材料及组件结构之变化,设计出不同的LED.依其发光波长分为可见光、不可见光(红外光、紫外光). 可见光:有红、橙、黄、绿、蓝、紫等各种颜色,主要以显示用 途为主.又以亮度1烛光 (cd) 作为一般亮度和高亮度之分界点.一般亮
度LED广泛应用于各种室内显示用途;高亮度LED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:短波长红外光可作为红外线无线通讯使用;长波长红外光则使用在中、短距离光纤通讯上,作为光通讯用光源. 使用的材料基本上已大致决定LED所释出的波长,其中,适合制作1000mcd以上之高亮度LED的材料,由长波长而短波长,分别为AlGaAs(砷化铝镓)、AlGaInP(磷化铝铟镓)及GaInN(氮化铟镓)等.
AlGaAs(砷化铝镓)适合于制造高亮度红光及红外线 LED,主要以液相磊晶(LPE)法进行量产,使用双异质接面构造(DH)为主,但因为须制作AlGaAs基板,技术的困难度很高,故投资开发的厂商较 少. AlGaInP(磷化铝铟镓)适合于高亮度红、橘、黄及黄绿光LED,主要以金属有机气相磊晶(MOVPE)法进行量产,使用双异质接面(DH)及量子井 (QW)构造,效率更为提高.且由于AlGaInP红光LED在高温与高湿环境下,其寿命试验结果优于AlGaAs红光LED,未来有成为红光LED主流 的趋势. GaInN(氮化铟镓)适合于高亮度深绿、蓝、紫及紫外光 LED,以高温的金属有机气相磊晶(MOVPE)法进行量产,也采用双异质接面 (DH)及量子井(QW) 构造,效率比前述的 AlGaAs、AlGaInP 更高.全球各大厂均已积极投入相关材料组件技术之研发,并有所突破.
白光LED,乃是日本日亚公司利用蓝光LED加上黄色萤光材料构成的,其光电转换效率于 1998年4月已提升至15流明瓦,比传统灯泡略高,若以常见照明灯具之开发历程来看,白光LED极有机会成为未来于照明产业之明星产品.
LED设计之初,主要是利用于家用电器品显示器,广告看板或装饰用.但由于其具有固定波长及操作方便等特点,已逐渐利用于植物生产研究上.1987年开始有学者利用LED固定波长特性,应用在植物向地性,型态改变及病害发生上的研究.日本千叶大学古在(Kozai)教授研究室将其应用在组织瓶苗的生产研究上.预计未来在光研究上将有极大应用价值.当然,目前LED亮度和价格仍未达实用化阶段,不过,由于极具市场潜力,各方面研究正急速的展开,LED势必成为提供植物生长的新兴光源.
外延片生长 外延生长的基本原理是,在一块加热至适当温度的衬底基片(主要有红宝石和SiC两种)上,气态物质In,Ga,Al,P有控制的输送到衬底表面,生长出特定单晶薄膜.目前LED外延片生长技术主要采用有机金属化学气相沉积方法.
MOCVD金属有机物化学气相淀积(Metal- OrganicChemicalVaporDeposition,简称 MOCVD), 1968年由美国洛克威尔公司提出来的一项制备化合物半导体单品薄膜的新技术.该设备集精密机械、半导体材料、真空电子、流体力学、光学、化学、计算机多 学科为一体,是一种自动化程度高、价格昂贵、技术集成度高的尖端光电子专用设备,主要用于GaN(氮化镓)系半导体材料的外延生长和蓝色、绿色或紫外发光 二极管芯片的制造,也是光电子行业最有发展前途的专用设备之一.
LED手电筒
现在市场比较成熟,已经基本大部分取代了传统的灯泡.
设计、生产简单,价格竞争激烈.
矿灯矿灯及矿用照明
矿灯基本上已经全部使用LED,矿用灯具正在更换中.
汽车灯
比较热门的行业,有逐步取代的可能.
2005年中国LED汽车应用市场规模为0.29亿元,其中汽车车灯市场规模为0.21亿元.从整个LED应用市场看,汽车应用市场还处于萌芽状态,市场规模很小.
LED作为汽车车灯主要得益于低功耗、长寿命和相应速度快的特点.有统计显示,在汽车以100公里的时速行驶下,装有LED刹车灯的车辆较没有装LED刹车灯的车辆刹车距离将减少7英尺.目前,LED已经逐步应用在汽车的第三刹车灯上.虽然LED目前还面临着单位瓦数流明低以及相关政策的限制,在进入汽车尾灯及前灯市场还需要一定的时间,但是随着成本性能比的下降以及发光效率的提升,最终LED将逐步实现从汽车内部、后部到前部的转移,最终占据整个汽车车灯市场.凭借着汽车的巨大产能,LED车灯市场面临着巨大的发展潜力.
LED与汽车灯的距离
无论是白色LED平均单价继续下跌,还是部分实力强大的厂商上市发光效率达100lmW的高级产品,对于产品用户的设备厂商来说都值得高兴.毕竟,单位光量(1lm)的单价都将持续下跌.为了压缩白色LED单位光量的单价差,必须进一步降低价格,提高发光效率.在照明设备用途方面,白色LED与现有荧光灯和白炽灯单位光量的单价相差10倍以上,在汽车头灯用途方面,与卤素灯和HID灯相差近2倍.
中大尺寸LED背光将成为新关注点
目前主要是集中在大尺寸屏幕,液晶电视、显示器、笔记本等.
LED早已应用在以手机为主的小尺寸液晶面板背光市场中,手机产量的持续增长带动了背光源市场的快速发展.特别是2003年彩屏手机的出现更是推动白光LED市场的快速发展.但随着手机产量进入平稳增长阶段以及技术提升导致用于手机液晶面板背光源LED数量减少,使得LED在手机背光源中用量增速放缓,2005年背光源用LED数量超过12亿只,未来几年增长率也将保持在个位数.数量增速的放缓加上平均价格的不断下降,最终导致小尺寸背光源市场增长乏力,同时,中大尺寸背光源市场虽为厂商新宠,但在2006年还不能形成规模.在上述两个因素的影响下,背光源市场将在2006年出现1%的负增长.2005年背光源市场规模超过15亿元.
三星开始供应以LED为光源的液晶显示器
韩国三星电子已开始供应改用LED(发光二极管)为光源的20.1英寸液晶显示器“SyncMaster XL20”.该产品能够显示以往的显示器无法显示的色域.
此前虽然很多用户对LED光源有需求,但由于受到高价格与技术实力的限制而未能实现商品化.新产品通过采用LED光源,实现了NTSC比达114%的色彩表现性.新产品可表现“Adobe RGB”色域的功能尤其令人注目.借助这一功能,不用滤光片即可再现用DSLR照相机拍摄的翠绿以及鲜红色等自然的鲜艳颜色.在以往的显示器上无法表现、只有印刷出来才能确认的细微色域,现在也能通过显示器直接确认了.
该产品为了能简单地设定正确的彩色坐标,作为基本配置提供了美国爱色丽(X-Rite Inc.)的LED专用彩色补偿装置“Huey Calibrator”.另外,如果使用追加提供的三星自主开发的程序“Natural Color Expert”,用户还能直接进行色温以及白平衡等的微调.
LED闪光灯
目前手机已经全部是LED,随着亮度的进一步的提高,数码相机也将逐步取代.
LED是电流驱动器件,其光输出由通过的正向电流决定.LED的频闪速度要快于任何其他光源,包括氙气闪光灯,它具有很短的上升时间,范围在10~100ns之间.现在白光LED的照明质量可与冷白色荧光灯媲美,色彩表现指数接近85.
在多数情况下,LED的最大光输出受其能承受的最大平均正向电流限制,该最大平均电流主要取决于LED芯片封装的功耗水平以及它所附着的散热片的散热性能.在闪光灯应用中,可以用占空比很小的脉冲电流来驱动LED.这使得在实际脉冲期间电流以及电流产生的光输出显著增加,同时仍然保持LED的平均电流水平和功耗在其安全额定值内.
与氙气闪光灯相比,LED闪光灯具有更低的功耗,而且驱动电路所占空间很小.此外驱动LED闪光灯不会产生很大的电磁干扰(EMI).这些优点促成了LED闪光灯在可拍照手机中的应用.而且同一个LED闪光灯还能用作连续的光源.
交通灯市场进入平稳增长期
经过多年的替换工作,全国主要城市由传统交通灯替换为LED交通灯的工作已经接近尾声.LED交通灯市场在经历了多年的高速成长期后,2005年市场规模达到15.2亿元.但是随着替换工作的完成,LED交通灯市场将不会再维持高速增长,预计2006年LED交通灯市场只实现5.8%的增长达到16.1亿元.
景观照明市场快速发展
景观照明市场主要以街道、广场等公共场所装饰照明为主,推动力量主要来自于政府.受到2008年北京奥运会和2010年上海世博会的影响,北京、上海等举办地加快了景观照明的步伐,由于LED功耗低,在用电量巨大的景观照明市场中具有很强的市场竞争力.目前,LED已经越来越多地应用到景观照明市场中.2005年中国景观照明市场规模超过7亿元,在上述两个主要活动的带动下,景观照明市场会在2007年达到72%的高增长率.
此外,奥运会和世博会的主要作用远远不再于自身带动景观照明市场的成长,更重要的是其榜样作用.为了迎接奥运会和世博会的召开,北京、青岛、上海等地将建成一批LED景观照明工程,这些工程在装饰街道的同时还将起到示范作用.其他城市在看到LED在景观照明中的出色表现会减少对于LED景观照明的使用顾虑,加快使用LE在景观照明中的应用.LED将会从一级城市快速向二级、三级城市扩展.
室内装饰灯市场逐步启动
室内装饰灯市场是LED的另一新兴市场.通过电流的控制,LED可以实现几百种甚至上千种颜色的变化.在现阶段讲究个性化的时代中,LED颜色多样化有助于LED装饰灯市场的发展.LED已经开始做成小型装饰灯,装饰幕墙应用在酒店、居室中.2005年室内装饰灯市场规模达到1.58亿元.
通用照明市场路漫漫,任重而道远
对于进入通用照明市场而言,功率白光LED除面临着诸如发光效率低、散热不好、成本过高等问题外,还将面临到光学、机构与电控等的整合以及LED照明产品通用标准的制订.解决上述问题需要很长的一段时间,赛迪顾问预计LED在2010年前还不能进入通用照明市场.
由于酒店、商务会馆、高档商用写字楼等商用场所相对于价格的敏感度低.同时这些高档场所更注重于彰显品位与尊贵的地位,对于新兴产品抱有更大的兴趣度.这些都降低了LED照明进入的门槛.赛迪顾问预计LED照明将率先进入商用市场,逐步向民用市场扩展.
LED取代照明还有多远
假如只是在价格方面更便于使用的话,在照明和车载用途等领域使用白色LED并不够.
必须在驱动白色LED的电源电路中采用措施降低电力损耗.在手机背照灯这种小电力领域,电源电路的电力转换效率能够达到90%左右.但在照明用途等大电力领域,目前最多只有80%左右.
而荧光灯在电源电路中电力转换效率已经超过90%.
也就是说,二者在电源电路中的损耗仍有2倍的差距.如果使用大功率白色LED,就能输入大电流,进而就需要采用散热性更高的印刷电路板.另外,用来在设备上封装白色LED的可操作性也非常重要.
LED屏幕产业发展初具规模
我国的LED显示屏产业经过几年的发展,基本形成了一批具有一定规模的骨干企业.
国产LED显示屏的市场占有率近100%,国外同类产品基本没有市场.
技术水平相对领先,我国LED显示屏产业在规模发展的同时,产品技术推陈出新,一直保持比较先进的水平.90年代初即具备了成熟的16级灰度256色视频控制技术及无线遥控等国先进水平技术.
近年在全彩色LED显示屏、256级灰度视频控制技术、集群无经线控制、多级群控技术等方面均有国内先进、达到国际水平的技术和产品出现.
LED显示屏控制专用大规模集成电路也已由国内企业开发生产并得到应用.LED显示屏产业正成为我国电子信息产业的重要组成部分,也是平板显示领域唯一立足国内形成的民族高科技产业. 应用领域广泛.
UV LED 发展迅速
原有的紫外线灯管即汞灯管的发光波段宽有害波长较多,诱发对动植物的副作用,但UVLED只发射所需波长,高效且环保.产品尺寸小于1cm,非常小巧,低功耗,是深受瞩目的下一代紫外线光源半导体元件.2006年世界紫外线灯管市场需求量约占30亿美元,至2009年预计达到50亿美元.
LED舞台灯光
变化多彩的舞台灯光已经大量使用,今后将不断发展,市场前景广阔.
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