前言：半導(dǎo)體光電器件包含內(nèi)容很廣，有半導(dǎo)體發(fā)光二極管LED、半導(dǎo)體紅外發(fā)射、接收器、光耦合器、光生伏特器件等。由于半導(dǎo)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，為此將重點分為二個方面介紹半導(dǎo)體發(fā)光二極管LED產(chǎn)業(yè)情況及發(fā)展中的問題。
一、國內(nèi)LED產(chǎn)業(yè)基本情況
根據(jù)中國光學(xué)光電子行業(yè)協(xié)會光電器件分會的統(tǒng)計和分析估計，2005年全國具有一定規(guī)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(guī)模封裝企業(yè)和應(yīng)用產(chǎn)品開發(fā)企業(yè)，已超過1000家。從業(yè)人員為6～7萬人，其中技術(shù)人員約7000人。從LED的原材料、外延、芯片、封裝、應(yīng)用及相關(guān)配套件、設(shè)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(shù)據(jù)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(lán)、紫和紫外LED，近幾年來發(fā)展非常迅速，有關(guān)政府部門及相關(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、開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，其主要的研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)列于表3 。經(jīng)過幾年的努力，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(biāo)已達(dá)國際水平，如國產(chǎn)GaN基藍(lán)光芯片封裝的白光LED，其發(fā)光效率為30～40lm/w，最高可達(dá)47.5 lm/w，單個器件發(fā)射功率為150mw，最高可達(dá)189 mw。在技術(shù)上主要解決硅襯底上生長GaN外延層，GaN基藍(lán)光波長漂移、P區(qū)歐姆接觸、激光剝離Al2O3襯底、采用ITO透明電極、提高內(nèi)量子效率和取光效率、提高抗光衰能力等問題。在此著重介紹南昌大學(xué)近年來開展在硅襯底上生長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(lán)光LED芯片，其發(fā)光功率達(dá)6～9 mw，成品率達(dá)70%，對面積0.3×0.3mm2的芯片通電50mA、1000小時后，其發(fā)光效率衰減在10%以內(nèi)，同時也研發(fā)出綠光LED芯片，而且批次的重復(fù)性很好。許多研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)在取得研究和開發(fā)成果的同時，申報了幾百項專利，這些專利大部分是具有自主產(chǎn)權(quán)的發(fā)明專利和實用新型專利。另外，這些LED外延、芯片的主要產(chǎn)業(yè)化企業(yè)，如廈門三安、大連路美、深圳方大、上海藍(lán)光、上海藍(lán)寶和山東華光等單位，近幾年來在研發(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(fù)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(xiàn)。
2、LED封裝技術(shù)和產(chǎn)業(yè)動態(tài)
國內(nèi)LED封裝企業(yè)特點是規(guī)模小、數(shù)量多。據(jù)初步統(tǒng)計和估算，全國LED封裝企業(yè)超過500家，有一定規(guī)模的約200家左右，其封裝能力達(dá)300億只/年，若包含外資企業(yè)，其封裝能力超過500億只/年。主要企業(yè)有廈門華聯(lián)、佛山國星、江蘇穩(wěn)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(shè)備、產(chǎn)品產(chǎn)量較大、質(zhì)量較好。國內(nèi)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(fù)合管、像素管、數(shù)碼顯示器、背光源、貼片LED、矩陣顯示器、專用顯示器、白光LED和功率LED器件。而且國內(nèi)LED封裝材料的配套能力也較強(qiáng)，主要有金絲、硅鋁絲、環(huán)氧樹脂、有機(jī)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(guī)模的產(chǎn)業(yè)鏈。這里要著重提到白光LED封裝用熒光粉，國內(nèi)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、長春物理所等單位對熒光粉也進(jìn)行了研究開發(fā)，這些研究機(jī)構(gòu)近年來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。這些成果無疑對推動白光LED封裝技術(shù)起了積極作用。
對近幾年發(fā)展起來的白光LED和功率LED封裝技術(shù)，不少封裝企業(yè)均投入力量進(jìn)行研究開發(fā)，如中電集團(tuán)13所、廈門華聯(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)的白光測試問題等，目前封裝的功率為1W的白光LED，其發(fā)光效率達(dá)30～40 lm/w，熱阻為10℃/W。
3、超高亮度及白光LED的應(yīng)用
由于超高亮度及白光LED除具有節(jié)能、環(huán)保、長壽命三大優(yōu)點外，還具有體積小、驅(qū)動電壓低、彩色可調(diào)、聚光性能好等優(yōu)點，隨著LED發(fā)光強(qiáng)度的不斷增大，其應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大，因而介入超高亮度和白光LED應(yīng)用產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)的企業(yè)也愈來愈多，據(jù)了解，目前已超過200家，主要集中在特種照明、光色照明和汽車應(yīng)用開發(fā)。國內(nèi)LED產(chǎn)品除了大量用于各種電器及裝置、儀器儀表、設(shè)備顯示外，主要集中在：
①大、中、小LED顯示屏：室內(nèi)外廣告牌、體育場館記分牌、信息顯示屏。
②交通信號燈：全國各大、中城市的市內(nèi)交通信號燈。
③用于特種照明和光色照明的LED燈：景觀照明、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(zhǔn)手機(jī)、PDA、大尺寸顯示器和彩電顯示屏。在汽車應(yīng)用上有剎車燈、轉(zhuǎn)向燈及內(nèi)部照明和儀表盤顯示等。上述兩個方面的應(yīng)用市場潛力很大。另外，2008年的北京奧運會和2010年的上海世博會都是LED應(yīng)用的巨大市場。
LED應(yīng)用產(chǎn)品，特別是特種照明和光色照明的主要配套件，如驅(qū)動電路、支架、燈具、接頭、燈管、塑料件和金屬件，國內(nèi)的配套能力是很強(qiáng)的，特別值得一書的是LED應(yīng)用產(chǎn)品的關(guān)鍵配套件-LED驅(qū)動集成電路，目前已有中電18所、上海貝嶺、廈門聯(lián)創(chuàng)、北京航天鱗象科技、南京微盟和大連杰碼等十幾個單位正在開發(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(qū)動，特別是可直接驅(qū)動功率LED的驅(qū)動電路已經(jīng)批量生產(chǎn)，這將大大地推動LED應(yīng)用的發(fā)展。
二、LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展中存在的問題
近幾年，我國LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展非常快，但在發(fā)展中也存在一些問題，主要是：
1、國家對研究開發(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)行開發(fā)，但由于力量過于分散、重復(fù)研究等原因，使取得自主知識產(chǎn)權(quán)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(guī)模偏小，特別是外延、芯片企業(yè)規(guī)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(guī)模，參與國際大市場競爭。
3、要加強(qiáng)LED應(yīng)用產(chǎn)品的開發(fā)，特別是在汽車燈、背光源和特種照明方面的應(yīng)用開發(fā)，要有創(chuàng)新的應(yīng)用產(chǎn)品，同時要瞄準(zhǔn)國內(nèi)和國際市場。
4、目前LED產(chǎn)業(yè)中關(guān)鍵的原材料和設(shè)備裝置均要進(jìn)口，這將極大地限制國內(nèi)LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。相關(guān)部門要大力支持這方面的研究開發(fā)和生產(chǎn)。
5、LED產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和檢測手段落后于產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，產(chǎn)品光電參數(shù)、特別是LED應(yīng)用產(chǎn)品沒有統(tǒng)一的檢測和計量標(biāo)準(zhǔn)。
