半导体照明产业高质量发展概况

  国际上 LED 产业目前主要使用在于各类信息数据显示,各种 LED 背光源及汽车 用灯和显示.这三大类占 LED 应用的 70%以上.LED 照明应用只占 5%左右, 主要是功性照明,如景观照明,交通信号灯及道路照明等,但 LED 在照明方面 的推广力度很大,据相关预测,2010 年 LED 照明的产值将达到 100 亿美元.

  有关半导体照明技术标准,除了国际电工委员会 IEC 和国际照明委员会 CIE 正在制定该行业的基础标准和方法标准外, 许多国家的标准化组织和产业联 盟也在积极制定之中,如美国国家标准组织,日本照明组织等,除了制定基础标 准外,还制定很多 LED 产业的技术标准和考核办法.争夺该行业产品发展的主

  鉴于半导体照明技术发展的前景,引起世界发达国家的格外的重视,在本世 纪初,几个主要发达国家和中国台湾均先后制定国家级半导体照明产业高质量发展规

  划,如日本二十一世纪照明研究发展计划,美国国家半导体照明研究计划, 欧共体彩虹计划,韩国GaN 半导体研究计划,中国台湾次世纪照明光源开 发计划等.各计划中主要内容均是投入巨额资金,联合国内主要力量开展半导 体照明的研发,制定主要技术指标,并推动产业化.

  (福建省光电行业协会 厦门市光电子行业协会) 摘 要:本文简要描述半导体照明含义,简述国外半导体照明产业发展概况以及发展的新趋势. 重点介绍国内半导体照明产业高质量发展,应用市场,产业投资,以及加速发展我国半导体照明产 业的建议.

  高亮度 LED 含四元系 InGaAlp 发红,橙,黄光和 GaN 基发兰,绿,紫,紫 外光,近十几年来技术上不断有新的突破,达到进入功能性照明领域,并将进入 普通照明领域,已形成较完善的高科技产业,而且是重点发展节能减排的产业. 所以倍受世界各国及相关大集团公司的格外的重视. 我国也紧跟世界该科技领域的 前沿,加快投入,研发和产业化工作,已具有一定的产业规模.现将有关产业发 展概况作如下介绍.

  有关介绍国外半导体照明产业动态的文章很多,这里不作详细介绍,只简要 描述国外有关 LED 的主要厂家,技术水平,产业高质量发展特点和趋势.

  国外(境外)掌握 LED 核心技术及产业规模较大的主要企业,如图 1 所 示 序号 1 表1 公司名称 日本 Nichia 日亚公司 世界主要 LED 厂商 主要内容 GaN 基高端兰,绿,紫及紫外 LED 外 延芯片及白光 LED 技术,产量大

  全球 LED 封装器件 2008 年的产值约 100 亿美元,近几年பைடு நூலகம்增长率在 10～ 20%.这一些器件所构成的 LED 应用产品一般增值 3～5 倍,整个产品产业规模与 其他产业相比还是很少的,但是该产业是高科技的节能照明产业,它具有很大的 发展潜力.

  据全球照明市场研究数据, 世界照明市场 2008 年为 1077 亿美元, 其中 LED 照明光源占 2%为 18 亿美元, 2010 年为 1204 亿美元, 其中 LED 照明光源占 16% 为 100 亿美元,由于 LED 在照明领域的应用市场潜力大,前景看好.所以世界 三大照明集团均投入巨资发展半导体照明技术与产业,并分别具有世界一流的 LED 企业,即 philips 照明公司有 Lumileds Lighting 公司,Osrom 公司有 Osrom 光电公司,GE 公司有 Geleore 光电公司,这将加速推进 LED 产业进入普通照 明领域的进程.

  国内 LED 产业部分将重点描述产业基本情况,外延芯片,器件封装及产业 发展特点等,现分述如下:

  根据有关部门统计,2008 年我国从事 LED 产业的企业和事业单位已有 3000 多 家,其中从事外延,芯片的研究和生产单位有 40 多家,器件封装企业约 600 多 家,其他均为 LED 应用和产业配套的企业.2008 年 LED 芯片和器件的产量及 增长率如表 4 所示.整个 LED 产业的产值(含芯片,器件及应用产品)约 700 多亿元.从原材料,外延生长,芯片制造,器件封装,应用产品及配套,设备仪 器等,已形成较完善的 LED 产业链. 表4

  近年来,美国,日本等主要机构针对 LED 进入照明领域,而提出新的具体 指南和要求,说明了发展重点和趋势.

  3.2.2.1 美国国家标准照明工作组和 能源之星 美国国家标准照明工作组和能源之星 能源之星

  美国国家标准照明工作组(American National Standard Lighting Group)和 美国能源部(DOE)对 SSL 产品提出能源之星的要求.按照白光 LED 技术和 颜色的特点对现有荧光灯色度标准加以修正并重新分档,这些分档在 CIE1931 色度图中以 8 个四边形的形式出现, 如图 1 所示, 所有白光 LED 作为照明产品, 均要分别落在这 8 个相对色温 CCT 的四边形之内.

  半导体发光二极管(Light Emitting Diodes,简称 LED)主要是指半导体Ⅲ— Ⅴ族化合物(GaP,GaAlAs,GaAs,InGaAlP,GaN…) ,经过加工形成 P-N 结, 在外加一定电流下,发射红外,可见光,紫外光,当然还包含Ⅱ—Ⅵ族化合物发 光二极管和有机物发光二极管(OLED) ,不在这里描述.LED 主要应用场景范围分 二大类:显示与照明.由于 LED 技术的慢慢的提升,其发光强度和发光效率的不 段提高,已逐步进入照明领域.高亮度 LED 作为光源进入照明领域通常称为半 导体照明.由于半导体照明比现有的照明光源更加节能,所以半导体照明又被称 为照明领域中的又一次革命.举个例子,1 只 60W 的白炽灯发出大约 800lm 的 光,用现有节能灯,需要 12-15W 的电能,如果用半导体照明(假定发光效率为 120-150lm/w)只需要 6～8W 的电能,节约能源的效果显著.

  2015 年:内量子效率达 90% 荧光粉激发效率达 90% 对热沉(热学) ,光色(光学,色度学) ,系统可靠性进行深 入研究,还有具体指标. 2025 年:LED 白光仿太阳光谱,总能效率达 50%. 从上述所提出的新指南要求来看,说明国外 LED 技术发展是瞄准半导 体照明领域,如能按期实现,将为人们提供健康,节能,环保,舒适的 LED 照 明环境.

  从表 4 中看到,2008 年器件增长率只有 13%,比往年下降.但高亮度芯片 产量增长率大于 70%,保持高度增长.

  由于中国大陆,中国台湾和韩国在半导体照明产业上近几年发展非常迅速, 目前这些地区虽然在技术上还达不到美国,日本和德国的水平,但在产业化方面 已达到相当高的水平.据有关统计,这三个国家和地区的 GaN 基兰,绿芯片产 量达到世界总量的 50～60%,四元系 InGaAlP 红,橙,黄光芯片产量已超过世 界总量的 70%以上,在器件封装和 LED 应用产品方面的总量更大.在全球 LED 产业中,该地区的影响将更大,将形成新三角 LED 产业基地.

  国外有关 LED 及半导体照明的专利有一万多项,但其核心技术被日本日 亚公司(Nichia) ,美国 Gree 公司和 Lumileds 公司,德国 Osram 公司等四家企业 所掌握,以及表 1 中所提到的公司,这一些企业几乎垄断该产业的核心技术.对我 国半导体照明产业的发展非常不利.