LED光源的研制和市场动态

  BG真人(中国)有限公司近年来 L ED 在高亮度化和多色化方面取得突出 进展, 使人们看到 L ED 发光效率已超过白炽灯, 而且 得到了超高亮度的日光色。 人们纷纷预测 L ED 将成 为21世纪照明光源。 家用照明所需的是近于日光色的 L ED 光源, 这 已成为世界各地灯具、 光源研究机构竞相开发、 努力 获取的技术目标。 目前已有几家著名公司先后推出此 类光源样品。 例如, 日本 N ich ia 公司在1998 年推出的 白光 L ED 样品, 虽然光效仅为 7lm W , 但其色温达 到6000 6500K, 显色指数85, 已接近日光参数。 ~ 日本 通商产业省在1998年投资50亿日元启动国家项目 21 “ 世纪的照明”在世界率先开展日光色 L ED s 作为照 , 明光源实用化的研究, 该发展计划将产生更加适应市 场需要的 L ED 照明设备, 计划从2005年起, 逐步取代 白 炽 灯 和 荧 光 灯。同 时, 欧 洲 的 Ph ilip s、 sram 、 O 业内人士 Siem en s 等多家公司也全力角逐这一市场。 预计2005 2010年全球 L ED 照明市场规模将逾10亿 ~ 美元。 3L ED 光源市场动态 根据 P I DA 资料分析, 对世界各国 L ED 产业竞 争 力进行综合评估, 排列次序为日本 ( 综合评估值 4150) 、 美国 ( 2198) 、 我国台湾省 ( 2130) 、 欧盟 ( 2108) 、 韩国 ( 1144) 、 中国大陆 ( 1102) 。 日本仍具有绝对优势, 美国研究开发拥有的技术实力处于领先地位, 台湾则 在产量上占有优势, 我国大陆处于新兴发展阶段。 位居世界第三。 我国大陆虽然在整个 L ED 和 LD 产业的竞争力 较低, 但由于政府对高科技产业的大力支持, 对基础 光电科学研究的长期投入, 加上具有充裕的人力资源 和庞大的市场基础, 已成为国际瞩目的新焦点。 在

  随着蓝、 绿光 L ED s 实现商品化, 目前开发 GaN 器件的焦点更多的集中在实现蓝光 LD s 上。 世界各 大公司和研究机构都投巨资加入到 GaN 蓝光 LD s 的开发中, 力争最迟到2000年实现蓝光 LD s 商品化。 随着国内外半导体工业的发展和开拓, 新工艺和 新技术伴随着发光机制理论的进展也不断取得新成 就, 各种颜色的超高亮度 ( 20mA 、 法向光强1000m cd ) 较初始产品提高 1000 倍、 达到 501m W , 光色已实现 可见光波段的所有颜色, 包括白色 L ED 光源。 ED L

  很快地脱离组装阶段, 走上 L ED 产业发展的新阶段。 行业资料显示, 目前我国大陆从事 L ED s 研究开 发、 材料生长、 芯片制造、 器件封装以及产品应用的单 位将近300 家, 从业人员已超过115 万人, 其中工程技 术人员占二成, 固定资产7亿多元人民币, 已初步形成

  技术上已取得长足的进步。 发光效率达到 151m W , 光强达烛光极, 辐色形成包括白色光的多元化色 具影响的新产品, 在显示技术领域中占有其特殊的举 足轻重的一席之地。

  产基地。 公司现有发光材料、 发光二极管、 点阵和数码 管、 像素管、 光电应用产品以及微波和光电晶体管等6 条生产线 ) 宁波爱米达电子有限公司: 是专业生产各类 光电器件的制造商, 由宁波晶体管厂和台湾显明电子 有限公司于1990年共同投资组建。 公司专业生产各种 发光二极管、 红外发射二极管、 光敏接收二极管、 像素 管、 数码管、 电阵块、 ED 平板显示器及背光源等光 L 电产品。 公司引进国外先进的光电器件专业生产线, 自动 化程度高, 同时采用先进生产技术和完善的质量控制 系统, 不断开发新产品, 提高产品质量, 现年产各类光 电器件3亿只以上, 其中80% 外销, 产品在国内外享有 盛誉。 ( 6 ) 南京洛普股份有限公司: 是国内较早成立的 以信息技术为依托的高科技企业, 专业从事大型公众 信息显示系统和电子信息系统集成。 在国内的服务对 象多为政府投资的大型基建项目, 并拥有前景广阔的 海外市场, 现为国内最大的 L ED 平板显示制造中心, 是国际电子显示协会会员。 显示系统是公司的基本支 柱产业, 其技术先进性和市场占有率一直居国内领先 地位, 其所独有的二次反 Χ校正, 色度矫正, 视音频自 动点播系统等技术处于国际领先水平。 洛普公司除已 承担国内著名工程中的大型显示系统以外, 1994年开 始, L ED 显示屏已批量出口欧洲、 美国、 东南亚、 南 非、 中亚等地, 而今年出口总值将首次超过国内销售 总额, 在本行业中获得较高的国际知名度。 近三年来, 我国大陆 L ED 产业平均增长率大于 30% , 尤其是1996 年之后增长较快, 1998 年实现销售 收入22144 亿, 比上年增长 13144% , 产量 65109 亿只, 果, 1998 年完成科研开发、 技术改造250 余项, 某些成 比上年增长512% , 产值35189 亿元。 既形成了产业规 模, 又带动了周边产业的发展。 L ED 芯片外, 主要 除 原材料、 零部件, 所需的仪器设备国内均可生产供应, 我国许多高校、 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研究工作, 取得了很多成

  目前从事超高亮度 InGaA lP 外延片 L ED 产业规模。 生产的单位有: 河北汇能电子有限公司、 山东华光光 电子有限公司、 上海华亿光电子有限公司、 华南师大 亮达光电器件公司、 广州普光科技有限公司等。 从事 芯片制造的单位有: 信息产业部电子13 所、 河北新息 电子有限公司、 南昌欣磊光电科技有限公司、 上海北 大兰光科技有限公司、 上海金桥大晨科技有限公司、 上海兰宝光电材料有限公司、 方大集团等。 从事器件 封装的单位有150多家。 从事 L ED 显示屏的厂商超过 100 家。 据不完全统计, 1998 年制造各类显示屏约5 万 平方米, 实现产值 14 亿元。 主要生产厂家有: 北京兰 通、 南京洛普、 上海信茂、 上海三思科技、 东北微电子、 西 安 青 松、 津 数 据、 圳 同 洲 等。 面 介 绍 几 个 天 深 下 L ED 光源生产公司。 ( 1 ) 河北立德电子有限公司: 是由河北省建设投 资公司和信息产业部电子第十三研究所合资组建的 有限责任公司。 该公司充分利用资金优势和十三所的 技术优势, 将科研成果转化为生产力。 该公司主要生 产 InGaA lP 四元系红、 黄光超高亮度 L ED 外延片和 芯片; 主要生产设备均由国外引进。 公司正在研制开 发的蓝、 绿光 L ED 芯片制造技术是国家 863” “ 高科技 项目之一。 ( 2) 汇能集团、 汇能光电有限公司: 是从事 族化合物半导体微结构料制造的专业化生产企业, 拥 有从德 国 引 进 的 A IXTRO X - 2400 型 M OV PE 设 备。 目前该公司主要生产 InGaA lP 红、 黄光超高亮度 外延片。 L ED ( 3 ) 南昌欣磊光电科技有限公司: 是国内能够大 批量生产半导体发光器件 (L ED 、 ED ) 芯片的厂 IRL 家, 由江西江南材料厂 ( 国营七四六厂) 与香港达华中 外有限公司共同投资。 公司生产 AU 、 I 两大电极系列芯片。 主要产品 A 为磷化镓红、 绿系列芯片; 磷砷化镓橙、 黄系列芯片; 镓铝砷红外系列芯片; 镓铝砷高亮红系列芯片、 铝镓 铟磷四元系红、 黄超亮系列芯片; 各种 L ED 封装产 品。 1999年芯片生产突破10亿颗大关。 ( 4) 长春半导体股份公司: 其前身是创建于 1964 年的长春半导体厂, 是我国研制、 生产半导体发光材 料、 器件的重点骨干企业, 是国内唯一可从事发光材 ( 外延片) 、 料 芯片、 成品管、 显示器一条龙生产的专业 公司, 是国家定点的半导体发光材料和器件研究、 生

  位错密度太大、 型本底浓度太高和无法实现 P 型掺 n 杂等问题的困扰, 曾被认为是一种没有希望的材料, 因而发展十分缓慢。 进入90年代之后, 随着材料生长和器件工艺水平

  为此特撰写本文与有关人士商榷和探讨, 愿有助于我 国 L ED 光源产业的崛起和兴旺。

  要具体分析 L ED 科研进展, 我们可先回顾一下 半导体工业的发展历史。 人们一般将 Si、 称为第一 Ge 代电子材料, 而将 GaA s、 、 、 s、 lA s 及其 InP GaP InA A 合金等称为第二代电子材料, 宽禁带 (Eg 213eV ) 半 料, 主要包括 SiC、 金刚石和 GaN 等。 宽禁带半 ZnSe、 导体材料具有禁带宽大, 电子漂移饱和速度高, 介电 常数小, 导热性能好等优点, 非常适于制作抗辐射、 高 频、 大功率和高密度集成电子器件; 而利用其特有的 禁带宽度, 还可制作蓝、 绿光和紫外光的发光器件和 光探测器件。 在宽禁带半导体材料中, SiC 和 ZnSe 在相当长 的一段时间内一直是研究和开发的重点, 尽管 SiC 为 间接带隙材料, 其蓝色 L ED s 的发光亮度很低, 但

  的不断发展和完善, GaN 基器件的发展十分迅速, 目 前已成为宽带隙半导体材料中一颗十分耀眼的新星。 首先是在蓝、 绿光发光器件领域取得重大突破。

  交通信号灯和在高速公路上用于交通信息显示板方 面取得显著突破, 接着将给铁路、 公路、 航运信号灯带 来变化。 根据 N IKKEL EL ECTRON ICS 资料显示, 目前全世界约有2000万套交通信号灯, 每一套灯预计 需要使用150 颗 L ED s, 故一套红、 绿灯约需要450 黄、 颗 L ED s, 如果再考虑每年新设或旧有更换交通信号 灯数目, 每年大约200万套, 每套更新成本约400美元, 估计每年约有815 亿美元的销售市场, 这对于高亮度 发光二极管而言, 将是较为重要的发展市场。 ( 2) 汽车车灯的应用 背光源。 预计自2001 年起, 若全世界每年生产的汽车 有20% 也就是1000万辆采用 L ED s 作光源, 以一辆汽 车需使用180个高亮度 L ED 计算, 则每年约需18亿个 高亮度 L ED , 这将会给 L ED 产业每年带来约 315 亿 美元的销售收入。 ( 3) L CD 的背光源 发 L ED 作为 L CD 背景光源应用, 具有寿命长、

  汽车使用的白炽灯不耐振动、 撞击, 极易损坏, 使 用寿命短, 经常需更换。 1987年起, 我国开始在汽车 自 上安装高位刹车灯。 此外, 汽车尾灯、 方向灯、 刹车灯、 车边标示灯、 车内顶灯都可使用高亮度铝镓铟磷红光 和黄光 L ED s。 汽车仪表板可用贴面封装的 L ED s 作

  与集成电路配用、 可在低电位 ( 几伏电压) 下工作及易 点, 在照明和显示领域引起人们的极大兴趣和重视。

  场经济的理念。 在首选光电子器件等5 种新型电子元 件发展规划时, 考虑以国民经济现代化和信息化为目 标, 实现产品专业化大生产和扩大出口创汇能力,

  认为它在产值、 产量、 规模效应等诸方面应占有其应 有的地位。 虽然, 目前 L ED 在光电市场仅占有很小的 份额, 但它的发展势头、 其巨大的市场潜力不可低估, 国内外越来越多的企业参与这场竞争势在必行。

  果达到国际先进水平。 另外, 国际上 L ED 光源市场发展也很快。 受巨大 的潜在市场驱动, 荷兰飞利浦公司 ( 占股51% ) 与美国 H P 公司成立合资公司; 美国奇异公司与 EM CO R E 公司成立合资公司; 德国欧司朗公司 ( 占股51% ) 与西 门子公司成立合资公司; 日本也成立多家合资公司, 都以生产 L ED 光源和争夺该产品的广阔市场为主要 目标。 国际上, 1999年欧洲召开了有关 L ED 的国际科 技学术会议。 4结束语 由于发光二极管产业不断涌现新技术、 新产品、 新的应用领域, 呈现出朝阳工业欣欣向荣的景象, 相 信在本世纪的头十年中, L ED 产业会按以下方向持 续迅速发展: ( 1 ) 企业会在超高亮度、 全彩色技术方面扩张投 资, 提高产量, 从业人员会有增加, 我国 ( 包括台湾和 香港地区) 将成为世界 L ED 的主要产地, 预计占世界 总量的六成以上, 超高亮度 L ED 会有30% 速度增长, 而传统 L ED 也会有5%~ 10% 速度的增长。 ( 2) 由于许多色别的发光二极管的光强目前都达 到烛光极水平, 相信随着器件结构的改进、 发光效率 的飞速提高, 今后 L ED 发展的主流是照明光源, 将在 一些领域取代白炽灯, 与其它光源互补、 并存、 共同发 展。 面临着照明光源的变革,L ED 有可能是21 世纪的 主要照明光源。 ( 3 ) 世界光电子产业的发展推动 L ED 应用领域 的变化发展。 随着产业的发展, 会有更多的资金投向 蓝色、 绿色 L ED L ED 的研究和生产, 现有超高亮度、 的技术为少数企业垄断的局面将会被打破, 产品成本 会大幅度下降, 从而促进市场的再开发、 应用的再拓 展。 可以相信, 半导体发光技术不会被其它技术产品 所取代, 将会继续以其特有的优势, 迅猛异常地向前 发展。 ( 本文编辑)

  光源的研究已获得可喜的成果和优异的性能, 引起科 技界和产业界的极大关注, 被认为是21世纪最有价值 的新光源。 2L ED 光源的推广应用及其市场前景 随着 L ED 科学和工业技术的发展, 自 1994 年起 以新型可见光材料 InGaA lP 和 InGaN 为主流, 实现 了高亮度、 多色化, 加之封装技术的改进、 显示信息大 型化, 开拓了 L ED 产品新的应用领域, 带来更多的市 场商机。 这些 L ED 新产品由室内提升到户外使用, 能 在阳光强烈的场合下清晰显示, 发光效率极高, 光强 超过1000m cd, 同时满足了全彩色显示和便携产品低 功耗要求。 其具体应用主要在如下方面: ( 1) 交通信号灯和交通信息显示板的应用 超高亮度的红光、 黄光和绿光等 L ED 光源, 具有 亮度高、 光响应速度快、 抗震耐冲击、 省电、 寿命长、 在 浓雾与日光下可视性高等优点。 首先在一般道路上作

  包括紫外、 红外和可见光谱, 从而形成一个实用的发 光 元件。 目前可见光 ( 380~ 780nm ) 的 L ED 产量以

  仍是唯一的商品化的蓝光 L ED s 产品; 而 ZnSe 材料 由于可实现蓝光 LD s ( 寿命约为几个小时) , 更是世界 各大公司和研究机构的掌上明珠。

  将加入 W TO 的形势, 如何客观地了解 L ED 光源研 制现状和发展趋势, 充分剖析国 际 市 场 各 国 参 与

  台湾 L ED 产值1996 年首次超过100 亿元新台币 之后, 仅隔两年即1998 年其产值已超过200 亿元新台 币。 在进入21世纪时, 台湾的产业规模仍将飞跃成长。 台湾凭借快速建立产业基础、 快速将产品推向国际市 场的优势, 在世界 L ED 产业中仅居美国、 日本之后,

  光效率高、 无干扰和性价比高等特点, 在电子手表、 手 机、 P 机、 电子计算器、 刷卡机以及车内仪表照明广 B 泛应用。 随着便携式电子产品日趋小型化,L ED 背景 光源更具优势。 在手机中选用 L ED 背光源, 促进背光 源制作技术向更薄型、 低功耗、 均匀一致方面发展。 ~ L ED 侧部背景光板的厚度可做到017 315mm , 发光 效率达到50%~ 70% , 并且有绿光、 红光、 蓝光及各种 混合光色供选用, 不久可能出现 厚 度 与 场 致 发 光 ( EL ) 相同的超薄背景光源。 ( 4) 全彩色显示屏的应用 近年来, 随着高亮度四元 L ED s 和高亮度蓝、 绿 光 L ED s 的工艺技术不断进步、 产量不断扩大, 实现 了大型全彩色显示屏的推广应用。 ED 显示屏从单 L 色、 多色显示发展到全彩色显示, 从室内屏发展到户 外屏, 在成本许可的条件下, 屏幕尺寸可以做到尽可 能大。 目前户外广告显示屏、 运动场、 赛马场和大型演 唱会现场实况转播都广泛地使用了 L ED 全彩色显示 屏。 ( 5) 照明光源的开拓应用

 

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