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详细信息  
 
国内半导体LED产业现状 
一、引言 
  由于超高亮度及白光LED近年来在技术上不断有新的突破,而且具有突出的三大优点:节能、环保、寿命长,其应用领域不断扩展,已进入特种照明领域,因此世界上主要发达国家相关的大集团公司纷纷投入人力、物力研究开发超高亮度LED,并制定发展规划,想尽快突破技术难关,而进入照明领域。我国超高亮度LED产业同样受到各级政府和相关单位的高度重视和大力支持,很多知名大学、研究机构和企业同样投入很大力量进行研究、开发超高亮度LED,想尽快赶上世界先进水平。在世界超高亮度及白光LED的产业中占有一席之地。本文将就国内超高亮度LED产业的相关作重点描述。 
二、LED产业概况 
  我国LED产业从上世纪七十年代开始,一直紧跟着世界LED产业的发展步伐。特别近几年来,由于国家的重视,863光电子项目的投入,大学、科研机构加大研发力度,各级政府及企业投入增加,加快发展速度,到目前为止,已具有一定的规模,并形成LED的产业链。 
  根据中国光学光电子行业协会光电器件分会的初步统计与估算,全国从事LED的企业、研究机构、大学约500家(不含外商投资企业),其LED近年来的产量、产值、销售值等分别列在表1和表2(略)。 
                   
  另外,据有关报导,如果包含小型的LED封装、配套企业,目前从事LED的企业超过1000家。另有报导,国内目前包含国外(境外)投资企业,LED产量达到年产500亿只。 
  目前从事LED产业的直接人员超过5万人,其中技术人员约5000人,目前LED产品的品种较全,除了普通的各种LED灯、显示器、数码管等之外,还有各种背光源、信号灯、SMD-LED、白光LED、功率LED以及LED特种照明产品等。LED产业的整个产业链配套能力还是较强的。从表1和表 2中可看出,近几年来我们LED无论是产量或销售值均有较大的发展,特别是超高亮度LED发展速度更快,其增长率到达50%,应该说国内目前LED产业具有一定的规模,初步形成从原材料、处延、芯片、封装、应用以及相关配套件等的整个产业链。 
  另外,据有关报导,如果把直接和间接从事LED产业的人员都计算在内约40~50万人。 
三、超高亮度及白光LED发展现状 
  我们这里所指的超高亮度LED是指四元系AlGaInp发红、橙、黄色的LED和GaN基发蓝、绿、紫、紫外光的LED,以及由蓝(或紫、紫外)芯片加荧光粉或由多种芯片组合而成的白光LED,这二类超高亮度LED近年来国内均迅速发展。 
1、超高亮度LED前工序(外延、芯片)研发及产业概况 
  据初步统计,全国对超高亮度LED处延、芯片进行研究开发的主要单位和产业化企业,分别有十几家,如表3所示。 
表3  超高亮度LED外延、芯片主要研发单位及产业化企业 
主要研发单位 主要产业化企业 
北京大学          厦门三安电子公司 
清华大学          大连路美芯片科技公司 
中科院半导体所 江西联创光电科技公司 
南昌大学          深圳方大国科光电公司 
中电集团第13所 山东华光光电子公司 
中科院物理所 上海蓝光科技公司 
山东大学          上海蓝宝材料公司 
华南师范大学 南昌欣磊光电科技公司 
北京工业大学 上海金桥大晨光电公司 
深圳大学          北京长电智源光电公司 
南京大学          普光科技(广州)公司 
西安交通大学 中电集团13所立德电子公司 
中科院长春物理所 深圳世纪晶源公司 
   除了表中所列的研究单位之外,还有浙江大学、复旦大学、中山大学、吉林大学和厦门大学等研究机构做了大量基础研究工作,并取得可喜成果。这些大学、研究机构近几年来在超高亮度LED外延、芯片研发上均取得很大成果,有些成果具有突破性的进展。如清华大学提出新型有源区多量子阱结构,是有自主产权的。已做出稳定的芯片,其发光功率可达6mw。南昌大学在Si衬底上生长GaN,并做出在20mA下光输出功率大于0.8~1mw的器件。北京大学就功率 LED芯片,如何提高内量子效率、外量子效率、降低热阻等方面取得可喜成果。中科院半导体所在GaN基的材料基础研究,以及大功率LED的研究方面取得很大成果。另外,这些研究机构还解决GaN基蓝光波长漂移问题、P区欧姆接触问题,采取激光剥离Al2O3衬底,采用ITO透明电极,提高出光效率,提高超高亮度LED的抗光衰能力等等,同时做出GaN基发紫光和紫外光芯片,多家研究单位均做出1W的功率LED芯片和器件。总之在研究方面取得很大进展,为我国超高亮度LED产业化的发展提供坚实的技术基础。目前研发的产品其发光强度可达几百到1千mcd,发光效率可达25~30lm/w。 
  我国超高亮度LED外延、芯片研发和生产的主要企业如表3所示,其中大部分企业以GaN基为主,还有以四元系AlGaInp为主,有的只作外延,不作芯片,有的只做芯片不作外延,其中厦门三安是作全系列LED产品。 
  据初步统计,大部分公司能提供超高亮度LED芯片,2004年超过25亿只。这些公司目前有二大特点,一是投入很大力量进行研发,采用新工艺,不断提高产品性能的稳定性、一致性和可靠性。如厦门三安、深圳方大、上海蓝光、山东华光和大连路美等单位,近年来所提供的芯片的主要光电性能、成品率和抗光衰能力都有较大提高。特别是四元系AlGaInp的红、橙、黄色芯片和GaN基蓝色芯片已批量生产。GaN基绿色芯片也进入批量生产阶段,部分企业已做出功率为1W的LED芯片。二是很多企业都在加大投入,如厦门三安、江西联创、深圳方大、大连路美、山东华光、上海蓝光和上海蓝宝等单位,均有较大的投入,购置新的MOCVD外延炉和芯片制造设备,扩大生产规模,提高产业化水平,这将极大地推进超高亮度LED芯片产业化进程。 
2、后工序封装现状 
  国内目前LED后工序封装有一定规模的企业超过200多家,其中广东省约100多家。近几年新增的封装企业超过100家,全部封装能力超过250 亿只/年,其中超高亮度及白光LED封装产量约70~80亿只,LED加工出口也有几十亿只,外商投资企业的封装能力也非常大。应该说国内LED封装的能力较强,封装产品的品种也较全。可封装各种外型尺寸和不同颜色的LED显示器件,包含各种单管、复合管、红外器件、数码显示器、专用显示器、功率LED、背光源和SMD-LED器件等。国内实力较强的封装企业有十几家,如厦门华联电子公司、佛山国星光电公司、宁波和谱(爱米达)光电公司、江西联创光电公司、江苏稳润光电公司、苏州半导体总厂公司、天津天星电子公司、惠州华刚光电公司、廊坊鑫谷光电公司和深圳量子光电子公司等。这些企业大部分或部分采用全自动化设备,封装水平较高,其产量较多。这里要提及的有些条件较好的研究机构和企业,如中电集团第13所、厦门华联、佛山国星等,均已投入较大力量进行功率LED封装的研发和生产,对封装中的主要技术问题,如提高封装出光效率、提高衬底散热性能、减少热阻、提高工作寿命等问题进行研发,取得很好的成果,并能封装功率大于或等于1W的LED器件,这将推动LED照明产品的发展。 
  国内LED封装的各种配套能力是很强的,这里指的是主要原材料和配套件,如金丝、硅铝丝、环氧树脂、有机胶、银浆、支架、条带、电镀件、塑料框架以及各种塑料件、封装模具、各种金属件、工夹具以及各种LED灯具等,均都有较好的配套能力,一般国内均可提供配套,已形成一定的产业链。据了解这些企业已超过200家,主要分布在广东珠江三角洲和浙江宁波及其周边地区。 
  由于白光LED目前主要技术路线有二大类:一种以LED芯片加荧光粉,另一种是多芯片组合而成。而作为白光LED主要配套材料的荧光粉,目前国内有好几家可以提供,但由于某些性能还不够理想,一些封装白光LED的企业,还是以进口为主。这里要提到的北京有色金属研究院和中山大学化学系,近年来作了大量研发工作并取得了可喜成果。还有中科院化学所、中科院长春物理所和北京大学化学系等单位对荧光粉也进行研究开发。这些研究机构近年来在提高荧光粉的光激发效率和抗光衰能力方面均取得较好的成果,这将推进白光LED产品的发展。 
3、超高亮度LED的应用 
  由于超高亮度LED除了具有上述三大优点外,还具有体积小、驱动电压低、彩色可调、聚光性能好等特点,所以随着LED发光强度的不断增大,其应用面也不断扩大。现在介入LED应用行业的企业愈来愈多,据初步了解,目前国内进行超高亮度LED和特种照明的应用开发及生产单位超过200家,而且很多企业是原来生产普通照明产品的企业也投入LED照明的应用开发和生产。目前超高亮度LED除了大家熟悉的应用之外,近年来出现很多新的应用领域,如各种不同颜色变化的背光源、汽车内外灯及显示装置。另外,目前半导体照明以光色照明和特种照明为主。光色照明有各种信号灯、景观照明、橱窗照明、建筑照明、广场和街道的美化、家庭装饰照明、公共娱乐场所美化、舞台效果照明等。特种照明有汽车和飞机等交通工具的内饰照明、低压安全灯(矿灯)、便携式灯具、常明灯、小台灯和各种军用灯具等。由于这些新领域的应用和推广,使对超高亮度LED需求量不断增加,为促进超高亮度LED产业发展打下坚实的基础。总之随着超高亮度及白光LED应用面的不断扩大,在技术上进一步突破,生产成本的不断下降,将会推进LED实现普通照明的进程。 
  在LED应用方面应提到LED驱动集成电路,据了解目前我国有中电18所、上海贝岭、厦门联创、北京航天鳞象科技、南京微盟和大连杰码等十几个单位正在研发、生产LED驱动IC,可针对LED不同连接方式进行恒压、恒流的变化驱动。特别是可直接驱动功率LED,现可批量提供,这将极大地推动LED 应用的发展。 
4、超高亮度及白光LED产品的标准化问题 
  有关超高亮度及白光LED产品的标准是大家所关心的问题。另有专题报告,这里不作描述,只提及有关中国光协光电器件分会,根据分会单位实际需要和要求,组织相关专家和企业标准化人员组成制定标准小组,经过二年的反复讨论、修改,于2003年底制定“半导体发光二极管测试方法”新标准,内容包括超高亮度及白光LED的各种光电参数的定义和测试方法,涉及电学、光学、光度学、色度学、热学等各领域的参数内容,还提出功率LED热阻的定义和测试以及可靠性问题,经过大家认真讨论,统一认识,决定在光电行业内执行。并确认由浙大光电实验室和石家庄13所电子产品试验室为本标准的测试校准单位,目前对该标准再次进行修定,上报国家相关部门审定。 
5、LED加工设备、仪器 
  LED研发、加工生产装备其前工序加工的主要设备、仪器有MOCVD外延设备、电子束蒸发、离子溅射、光刻机、研磨机、划片机、清洗机、芯片测试分选机,以及各种光电参数的检测仪器。后工序封装的主要设备有自动装片机、自动焊线机、自动点胶机、自动封装机、光电参数测试分选机、编带机、光电参数检测仪,以及SMD-LED封装设备。目前国内主要的LED研发、生产厂家所用的重点设备、仪器均为进口,部分封装小企业采用手动设备几乎均为国产的设备、仪器。国内相关设备、仪器厂家也在开发、生产这些设备,实际上目前除部分全自动的设备、仪器外,大部分还是可以国产化,据报导,中科院半导体所已成功研发小片装的MOCVD装置,可用于作研发工作。中电科技集团48所已可提供6片装的MOCVD装置、中电45所可提供多种上述设备装置。另外,浙江省杭州远方公司和三色公司等厂家可提供LED光电参数测试仪器,在国内销量不少。但总体来看,我国LED研发加工、生产的装备与国外相比,差距还是很大,进口的设备、仪器其价格较高,势必影响LED产业化的发展,由于LED加工设备、仪器的国内市场需求量很大,希望政府有关部门能组织相关研究单位和企业,联合攻关,并给予扶持,加快发展,为LED加工装备尽早实现国产化,为LED照明产业化作出贡献。 
四、近年来国内LED产业发展的特点 
  由于半导体LED具有很多优点,并逐步将进入照明领域,近几年来国际上LED发展迅速。我国在这个领域同样投入很大力量,近年来对超高亮度LED的发展是具有特别意义的,呈现以下几个特点: 
1、国家及各级政府高度重视和支持 
  近年来国家相关部委和部分地方政府对发展LED产业有较统一认识,均在制定相关发展方案和政策,并给予积极的扶持。 
  1)首先以科技部牵头由国家相关部委一起于2003年6月份成立“国家半导体照明工程协调领导小组”,具体指导我国LED产业的发展。并确定上海、厦门、南昌、大连、深圳等五个地区为半导体照明工程产业化基地,作为重点实施发展半导体照明产业。“国家半导体照明工程协调领导小组办公室”在积极组织推动照明工程的具体实施。 
  2)国家发改委科技部、信息产业部等相关政府部门在制定“十一五”规划中,均把LED产业发展列为重点项目,有关部门还专门制定LED产业发展的“十一五”规划。 
  3)全国有十几个省、市地方政府高度重视LED照明产业的发展,分别制定LED产业发展规划,加大地区的LED产业投入和扶持。 
上述这些举措,将会为加速发展我国超高亮度LED产业起了决定性的作用。 
2、加大投入超高亮度LED产业 
  近年来无论是国家、企事业单位或是私营企业,为抓住LED产业发展的大好机遇,在人力、物力、资金方面均加大投入。 
1)国家投入 
  超高亮度LED的研究开发,前几年通过863计划,不少研究机构(大学)获得资金的支持,开展了很多实质性的研究课题,取得可喜成果。从2003 年开始科技部拨出部分创新基金重点扶持部分研究机构和企业发展超高亮度LED。信息产业部也以发展基金的形式投入,扶持重点研究机构和企业发展超高亮度 LED产业。教育部还有部分研究基金支持部分大学的LED研究课题。国家发改委制定的发展规划将有更大的支持力度,各地方政府已经以各种形式投入不少资金来发展地方的超高亮度LED产业。 
2)企事业单位的投入 
  近年来企事业单位首先从人才方面均有较大的投入,很多研究机构(大学)和有实力的企业招聘不少光电专业的博士、硕士、本科毕业生,增大研究开发队伍,还有从国外(境外)直接引进相关专业人士,引进出国留学的专业人才。从资金方面也有较大的投入,很多研究单位(大学)为了深入并扩大研究相关课题,投入大量资金,购置新的MOCVD外延设备,如中科院半导体所、南昌大学、厦门大学等单位。许多有实力的前工序企业正在加大投资力度,购置新设备,如厦门三安、深圳方大、大连路美、江西联创、山东华光和上海蓝光等单位均在购置新的MOCVD外延设备和芯片制造设备,以增强研发力度和扩大产业化规模。在后工序封装方面,如厦门华联、佛山国星、江西联创、江苏稳润等单位分别增加投入,购置全自动封装整套设备、 SMD封装设备和功率LED封装设备,不断扩大生产规模。另外还有不少新企业和私营企业也投入LED产业并建立新的LED企业,投入后工序封装的企业更多。上述这些的投入,无疑将加速推进超高亮度LED产业化进程。 
3、各种相关专业会议交流 
  近年来与LED产业直接有关的各种专业会议比往年增加很多,各种相关信息的交流频繁。表4列出近一年来与LED直接有关的全国性大型会议就有8个,还有其他一些规模较小的专业会议和省、市地区的专业会议。 
表4 近年有关LED的各种专业会议 
序号 时间 地点 会议名称 主办单位 
1 2004年9月17~19日 南昌 第九届全国LED产业研讨与学术交流会 中国光协光电器件分会等 
2 2004年10月13~14日 深圳 半导体照明国际论坛 科技部新材料生产力促进中心等 
3 2004年12月 宁波 海峡两岸第十一届照明科技与营销研讨会 中国照明学会等 
4 2005年3月21~23日 上海 国际LED与半导体照明展览会(中国)2005年 上海光电子行业协会等 
5 2005年4月12~15日 厦门 2005’中国(厦门)国际半导体照明论坛 国家半导体照明工程协调领导小组办公室 
6 2005年10月13~14日 香港 两岸三地半导体照明论坛 国家半导体照明工程协调领导小组办公室等 
7 2005年10月13~15日 北京 2005’北京国际LED半导体照明科技论坛 北京照明学会等 
8 2005年11月23~24日 上海 第二届超高亮度LED及半导体照明产业论坛 信息产业部电子产品管理司 
  上述这些专业会议均分别由科技部、信息产业部、省、市地方政府和全国性的专业学会或协会主办及承办的,这些会议均是全国性大型的超高亮度LED照明学术交流、产业研讨、新产品展示会,有几个是国际性的产业论坛会。说明政府主管部门、各地方政府、各专业学会、协会都高度重视LED产业的发展。通过会议进行学术交流、产业研讨、新产品展示等活动。了解国内外LED照明产业的最新发展动态,对加速发展我国超高亮度及白光LED产业化进程,起了积极的推动作用。 
五、结束语 
  我国超高亮度LED的发展,经过近几年的努力,取得可喜的成绩,初步形成LED产业链。但仍存在不少问题,如我国的LED技术水平与国外还有相当差距,特别是高性能LED和功率LED的芯片和器件仍需进口,有自主产权的技术专利还不多,产业化规模偏小以及应用推广力度不够等等,这些方面将制约 LED产业的进一步发展,但是现阶段是发展LED产业的好时机,要努力克服这些问题,要抓住这个机遇,加速发展我国的LED产业。
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