前言：半導體光電器件包含內容很廣，有半導體發(fā)光二極管LED、半導體紅外發(fā)射、接收器、光耦合器、光生伏特器件等。由于半導體發(fā)光二極管LED產(chǎn)業(yè)近幾年發(fā)展很快，已形成很大的產(chǎn)業(yè)鏈，并已逐步進(jìn)入照明領(lǐng)域，引起各方的極大重視，為此將重點(diǎn)分為二個(gè)方面介紹半導體發(fā)光二極管LED產(chǎn)業(yè)情況及發(fā)展中的問(wèn)題。
一、國內LED產(chǎn)業(yè)基本情況
根據中國光學(xué)光電子行業(yè)協(xié)會(huì )光電器件分會(huì )的統計和分析估計，2005年全國具有一定規模的LED生產(chǎn)和研究單位約500家（不含外商投資企業(yè)），包含小規模封裝企業(yè)和應用產(chǎn)品開(kāi)發(fā)企業(yè)，已超過(guò)1000家。從業(yè)人員為6～7萬(wàn)人，其中技術(shù)人員約7000人。從LED的原材料、外延、芯片、封裝、應用及相關(guān)配套件、設備儀器儀表等已形成完整的LED產(chǎn)業(yè)鏈。有關(guān)LED產(chǎn)業(yè)相關(guān)數據分別列入表1、表2和表3中。
1、LED外延、芯片的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)動(dòng)態(tài)
LED的核心技術(shù)在于外延、芯片技術(shù)，特別是超高亮LED和功率LED的核心技術(shù)，主要指四元系InGaAlP發(fā)紅、橙、黃色LED和GaN基綠、藍、紫和紫外LED，近幾年來(lái)發(fā)展非常迅速，有關(guān)政府部門(mén)及相關(guān)大學(xué)、研究所、企業(yè)均高度重視，投入大量的資金、人力加以研究、開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，其主要的研究機構和企業(yè)列于表3 。經(jīng)過(guò)幾年的努力，2005年已生產(chǎn)LED芯片約180億只，其中超高亮LED芯片60億只，1W的功率LED芯片也可產(chǎn)業(yè)化，其主要技術(shù)指標已達國際水平，如國產(chǎn)GaN基藍光芯片封裝的白光LED，其發(fā)光效率為30～40lm/w，最高可達47.5 lm/w，單個(gè)器件發(fā)射功率為150mw，最高可達189 mw。在技術(shù)上主要解決硅襯底上生長(cháng)GaN外延層，GaN基藍光波長(cháng)漂移、P區歐姆接觸、激光剝離Al2O3襯底、采用ITO透明電極、提高內量子效率和取光效率、提高抗光衰能力等問(wèn)題。在此著(zhù)重介紹南昌大學(xué)近年來(lái)開(kāi)展在硅襯底上生長(cháng)GaN外延材料的情況，該研究成果取得突破性進(jìn)展，已研發(fā)出藍光LED芯片，其發(fā)光功率達6～9 mw，成品率達70%，對面積0.3×0.3mm2的芯片通電50mA、1000小時(shí)后，其發(fā)光效率衰減在10%以?xún)龋瑫r(shí)也研發(fā)出綠光LED芯片，而且批次的重復性很好。許多研究機構和企業(yè)在取得研究和開(kāi)發(fā)成果的同時(shí)，申報了幾百項專(zhuān)利，這些專(zhuān)利大部分是具有自主產(chǎn)權的發(fā)明專(zhuān)利和實(shí)用新型專(zhuān)利。另外，這些LED外延、芯片的主要產(chǎn)業(yè)化企業(yè)，如廈門(mén)三安、大連路美、深圳方大、上海藍光、上海藍寶和山東華光等單位，近幾年來(lái)在研發(fā)和工藝技術(shù)改進(jìn)方面做了大量的工作，在提高產(chǎn)品性能、成品率、工藝重復性、提高光衰和可*性等方面卓有成效，保障了LED芯片的批量生產(chǎn)，為我國LED芯片產(chǎn)業(yè)化作出了貢獻。
2、LED封裝技術(shù)和產(chǎn)業(yè)動(dòng)態(tài)
國內LED封裝企業(yè)特點(diǎn)是規模小、數量多。據初步統計和估算，全國LED封裝企業(yè)超過(guò)500家，有一定規模的約200家左右，其封裝能力達300億只/年，若包含外資企業(yè)，其封裝能力超過(guò)500億只/年。主要企業(yè)有廈門(mén)華聯(lián)、佛山國星、江蘇穩潤、惠州華崗、深圳量子光電、寧波和譜、江西聯(lián)創(chuàng )、天津天星、廊坊鑫谷等。這些企業(yè)均有一定的產(chǎn)品研發(fā)力量、較好的封裝設備、產(chǎn)品產(chǎn)量較大、質(zhì)量較好。國內LED封裝企業(yè)可封裝各種LED產(chǎn)品，如各種外型尺寸的LED顯示器件，包含單管、復合管、像素管、數碼顯示器、背光源、貼片LED、矩陣顯示器、專(zhuān)用顯示器、白光LED和功率LED器件。而且國內LED封裝材料的配套能力也較強，主要有金絲、硅鋁絲、環(huán)氧樹(shù)脂、有機膠、銀膠、支架、條帶以及塑封料、封裝模具和工夾具等，已形成一定規模的產(chǎn)業(yè)鏈。這里要著(zhù)重提到白光LED封裝用熒光粉，國內研發(fā)和生產(chǎn)企業(yè)有十幾家，如北京有色金屬研究院和中山大學(xué)化學(xué)系，近年來(lái)做了大量研究工作，取得了可喜成果，還有中科院化學(xué)所、長(cháng)春物理所等單位對熒光粉也進(jìn)行了研究開(kāi)發(fā)，這些研究機構近年來(lái)在提高黃色熒光粉的光激發(fā)效率和抗光衰性能方面均取得了一些成果，同時(shí)研發(fā)出紅色熒光粉和紫外光激發(fā)的三基色熒光粉。這些成果無(wú)疑對推動(dòng)白光LED封裝技術(shù)起了積極作用。
對近幾年發(fā)展起來(lái)的白光LED和功率LED封裝技術(shù)，不少封裝企業(yè)均投入力量進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，如中電集團13所、廈門(mén)華聯(lián)、佛山國星、深圳光量子、惠州華崗等單位，并逐步解決了相關(guān)技術(shù)問(wèn)題，如提高封裝出光效率、提高襯底散熱性能、減少熱阻、白光LED出光均勻性、一致性、色溫、顯色性、抗光衰能力、可*性和相關(guān)的白光測試問(wèn)題等，目前封裝的功率為1W的白光LED，其發(fā)光效率達30～40 lm/w，熱阻為10℃/W。
3、超高亮度及白光LED的應用
由于超高亮度及白光LED除具有節能、環(huán)保、長(cháng)壽命三大優(yōu)點(diǎn)外，還具有體積小、驅動(dòng)電壓低、彩色可調、聚光性能好等優(yōu)點(diǎn)，隨著(zhù)LED發(fā)光強度的不斷增大，其應用范圍也不斷擴大，因而介入超高亮度和白光LED應用產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)的企業(yè)也愈來(lái)愈多，據了解，目前已超過(guò)200家，主要集中在特種照明、光色照明和汽車(chē)應用開(kāi)發(fā)。國內LED產(chǎn)品除了大量用于各種電器及裝置、儀器儀表、設備顯示外，主要集中在：
①大、中、小LED顯示屏：室內外廣告牌、體育場(chǎng)館記分牌、信息顯示屏。
②交通信號燈：全國各大、中城市的市內交通信號燈。
③用于特種照明和光色照明的LED燈：景觀(guān)照明、裝飾照明和各種不同用途的特種LED燈。
目前各種LED背光源，主要瞄準手機、PDA、大尺寸顯示器和彩電顯示屏。在汽車(chē)應用上有剎車(chē)燈、轉向燈及內部照明和儀表盤(pán)顯示等。上述兩個(gè)方面的應用市場(chǎng)潛力很大。另外，2008年的北京奧運會(huì )和2010年的上海世博會(huì )都是LED應用的巨大市場(chǎng)。
LED應用產(chǎn)品，特別是特種照明和光色照明的主要配套件，如驅動(dòng)電路、支架、燈具、接頭、燈管、塑料件和金屬件，國內的配套能力是很強的，特別值得一書(shū)的是LED應用產(chǎn)品的關(guān)鍵配套件-LED驅動(dòng)集成電路，目前已有中電18所、上海貝嶺、廈門(mén)聯(lián)創(chuàng )、北京航天鱗象科技、南京微盟和大連杰碼等十幾個(gè)單位正在開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)，其產(chǎn)品可針對LED不同功率和不同連接方式進(jìn)行恒壓、恒流驅動(dòng)，特別是可直接驅動(dòng)功率LED的驅動(dòng)電路已經(jīng)批量生產(chǎn)，這將大大地推動(dòng)LED應用的發(fā)展。
二、LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展中存在的問(wèn)題
近幾年，我國LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展非常快，但在發(fā)展中也存在一些問(wèn)題，主要是：
1、國家對研究開(kāi)發(fā)LED項目投入不少資金，研發(fā)生產(chǎn)單位也投入大量人力和資金進(jìn)行開(kāi)發(fā)，但由于力量過(guò)于分散、重復研究等原因，使取得自主知識產(chǎn)權的技術(shù)和產(chǎn)品太少，與國外水平的差距較大。
2、LED企業(yè)其產(chǎn)業(yè)化規模偏小，特別是外延、芯片企業(yè)規模太小，技術(shù)難以提高，成本難以下降，不能與國外同行競爭。因此必須進(jìn)行整合，形成規模，參與國際大市場(chǎng)競爭。
3、要加強LED應用產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，特別是在汽車(chē)燈、背光源和特種照明方面的應用開(kāi)發(fā)，要有創(chuàng )新的應用產(chǎn)品，同時(shí)要瞄準國內和國際市場(chǎng)。
4、目前LED產(chǎn)業(yè)中關(guān)鍵的原材料和設備裝置均要進(jìn)口，這將極大地限制國內LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。相關(guān)部門(mén)要大力支持這方面的研究開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)。
5、LED產(chǎn)品標準和檢測手段落后于產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，產(chǎn)品光電參數、特別是LED應用產(chǎn)品沒(méi)有統一的檢測和計量標準。
