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LED产业概述（2011）36页LED（LightEmittingDiode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。LED的分类1．按发光管发光颜色分按发光管发光颜色分，可分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等。另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。散射型发光二极管和达于做指示灯用。2．按发光管出光面特征分按发光管出光面特征分圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。圆形灯按直径分为φ2mm、φ4.4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm及φ20mm等。国外通常把φ3mm的发光二极管记作T-1；把φ5mm的记作T-1（3/4）；把φ4.4mm的记作T-1（1/4）。由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。从发光强度角分布图来分有三类：（1）高指向性。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。半值角为5＆#176;～20＆#176;或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统。（2）标准型。通常作指示灯用，其半值角为20＆#176;～45＆#176;。（3）散射型。这是视角较大的指示灯，半值角为45＆#176;～90＆#176;或更大，散射剂的量较大。3．按发光二极管的结构分按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。4．按发光强度和工作电流分按发光强度和工作电流分有普通亮度的LED（发光强度100mcd）；把发光强度在10～100mcd间的叫高亮度发光二极管。一般LED的工作电流在十几mA至几十mA，而低电流LED的工作电流在2mA以下（亮度与普通发光管相同）。除上述分类方法外，还有按芯片材料分类及按功能分类的方法。LED的色彩与工艺：制造LED的材料不同，可以产生具有不同能量的光子，借此可以控制LED所发出光的波长，也就是光谱或颜色。历史上第一个LED所使用的材料是砷(As)化镓(Ga),其正向PN结压降(VF，可以理解为点亮或工作电压)为1.424V，发出的光线为红外光谱。另一种常用的LED材料为磷(P)化镓(Ga)，其正向PN结压降为2.261V，发出的光线为绿光。基于这两种材料，早期LED工业运用GaAs1-xPx材枓结构，理论上可以生产从红外光一直到绿光范围内任何波长的LED，下标X代表磷元素取代砷元素的百分比。一般通过PN结压降可以确定LED的波长颜色。其中典型的有GaAs0.6P0.4的红光LED，GaAs0.35P0.65的橙光LED，GaAs0.14P0.86的黃光LED等。由于制造采用了鎵、砷、磷三种元素，所以俗称这些LED为三元素发光管。而GaN（氮化镓）的蓝光LED、GaP的绿光LED和GaAs红外光LED，被称为二元素发光管。而目前最新的工艺是用混合铝(Al)、钙(Ca)、铟(In)和氮(N)四种元素的AlGaInN的四元素材料制造的四元素LED，可以涵盖所有可见光以及部份紫外光的光谱范围。发光强度：发光强度的衡量单位有照度单位（勒克司Lux）、光通量单位（流明Lumen）、发光强度单位（烛光Candlepower）1CD（烛光）指完全辐射的物体，在白金凝固点温度下，每六十分之一平方厘米面积的发光强度。（以前指直径为2.2厘米，质量为75.5克的鲸油烛，每小时燃烧7.78克，火焰高度为4.5厘米，沿水平方向的发光强度）1L（流明）指1CD烛光照射在距离为1厘米，面积为1平方厘米的平面上的光通量。1Lux（勒克司）指1L的光通量均匀地分布在1平方米面积上的照度。一般主动发光体采用发光强度单位烛光CD，如白炽灯、LED等；反射或穿透型的物体采用光通量单位流明L，如LCD投影机等；而照度单位勒克司Lux，一般用于摄影等领域。三种衡量单位在数值上是等效的，但需要从不同的角度去理解。比如：如果说一部LCD投影机的亮度（光通量）为1600流明，其投影到全反射屏幕的尺寸为60英寸（1平方米），则其照度为1600勒克司，假设其出光口距光源1厘米，出光口面积为1平方厘米，则出光口的发光强度为1600CD。而真正的LCD投影机由于光传播的损耗、反射或透光膜的损耗和光线分布不均匀，亮度将大打折扣，一般有50％的效率就很好了。实际使用中，光强计算常常采用比较容易测绘的数据单位或变向使用。对于LED显示屏这种主动发光体一般采用CD／平方米作为发光强度单位，并配合观察角度为辅助参数，其等效于屏体表面的照度单位勒克司；将此数值与屏体有效显示面积相乘，得到整个屏体的在最佳视角上的发光强度，假设屏体中每个像素的发光强度在相应空间内恒定，则此数值可被认为也是整个屏体的光通量。一般室外LED显示屏须达到4000CD／平方米以上的亮度才可在日光下有比较理想的显示效果。普通室内LED，最大亮度在700～2000CD／平方米左右。单个LED的发光强度以CD为单位，同时配有视角参数，发光强度与LED的色彩没有关系。单管的发光强度从几个mCD到五千mCD不等。LED生产厂商所给出的发光强度指LED在20mA电流下点亮，最佳视角上及中心位置上发光强度最大的点。封装LED时顶部透镜的形状和LED芯片距顶部透镜的位置决定了LED视角和光强分布。一般来说相同的LED视角越大，最大发光强度越小，但在整个立体半球面上累计的光通量不变。当多个LED较紧密规则排放，其发光球面相互叠加，导致整个发光平面发光强度分布比较均匀。在计算显示屏发光强度时，需根据LED视角和LED的排放密度，将厂商提供的最大点发光强度值乘以30％～90％不等，作为单管平均发光强度。一般LED的发光寿命很长，生产厂家一般都标明为100,000小时以上，实际还应注意LED的亮度衰减周期，如大部分用于汽车尾灯的UR红管点亮十几至几十小时后，亮度就只有原来的一半了。亮度衰减周期与LED生产的材料工艺有很大关系，一般在经济条件许可的情况下应选用亮度衰减较缓慢的四元素LED。配色、白平衡：白色是红绿蓝三色按亮度比例混合而成，当光线中绿色的亮度为69%，红色的亮度为21％，蓝色的亮度为10％时，混色后人眼感觉到的是纯白色。但LED红绿蓝三色的色品坐标因工艺过程等原因无法达到全色谱的效果，而控制原色包括有偏差的原色的亮度得到白色光，称为配色。当为全彩色LED显示屏进行配色前，为了达到最佳亮度和最低的成本，应尽量选择三原色发光强度成大致为3:6:1比例的LED器件组成像素。白平衡要求三种原色在相同的调灰值下合成的仍旧为纯正的白色。开篇之辞半导体照明（LED）这个产业现在很热，关注这个新兴产业的大约有这样五类人：一类埋头苦干：已经进入LED行业，正在昂首阔步，抑或苦苦挣扎的同仁们；一类积极试探：一群来自其他光源的邻居们，还有一些八竿子打不着的亲戚，传统照明的朋友居多；一类作壁上观：和光源关联的一些行业机构、投资机构、媒体等，以传统照明领域为主；一类指点江山：大批支持LED光源的专家学者、企业精英，还有著名的CSA；一类等待升迁：那些追求绿色GDP的各级政府官员们，充满期待的支持着。这个命题的上一篇文章粗略介绍了当前国内LED产业的态势，并为大家展示了一次“焦点对谈”的话题观点，更多讲的是整个产业的市场化运营思维，而没有以大篇幅的数据图表分析产业链，那属于咨询公司产业报告的“招式”，本文只想为关注LED的人们提供一些方向性的“心法”，让大家了解在中国做成LED事业，需要把握的基本规则和一些值得关注的方向。有人把LED按产业链关系细分成五个部分：原材料；LED上游产业（外延芯片）；LED中游产业（器件封装）；LED下游产业（集成应用）；测试仪器和生产设备。个人比较喜欢外延芯片、器件封装、集成应用三部分的简洁方式，我想并不矛盾。LED产业具有典型的不均衡产业链结构，上游的“外延芯片”是典型的技术或资本密集的“三高”产业：高难度、高投入、高风险，在某些环节技术难度极大、工艺精度要求极高、对技术和设备的依赖极强，而处于产业链下游的“器件封装”和“集成应用”环节壁垒很低，属于劳动密集型产业。开篇心法：技术VS市场，双手都要抓，两手都要硬。有感于当今的各类论坛、研讨会大谈技术的同时，却忽略了市场的暗流涌动，或者大家都把自己的市场策略当做“秘笈”，借用一句互联网大佬的话：在今天的商场上已经没有秘密了，秘密不是你的核心竞争力。半导体照明（LED）是高新技术产业，顾名思义，技术无疑是开路先锋，没有技术，你只能站在门外等待了；但技术总有成熟稳定的阶段，对于已经踏入这个产业的同仁，市场就是唯一出路了，没有市场，技术只能在实验室里发霉。所以，千万别让“先锋”成为“先驱”，那不是节能，是在浪费。上游之路LED上游产业主要是指LED发光材料外延制造和芯片制造。由于外延工艺的高度发展，器件的主要结构如发光层、限制层、缓冲层、反射层等均已在外延工序中完成，芯片制造主要是做正、负电极和完成分割检测。技术环境：国际企业在领跑台湾授权搞得好国内创新等失效众所周知，外延芯片技术是LED产业发展的关键性技术，而目前的现状是大部分专利技术被国际几大巨头垄断且交叉授权；台湾地区与国际企业的接触比较早，授权方面占尽先机；中国大陆因起步较晚，专利数量较少，不断创新的同时等待2010年起基本专利的逐一失效。值得一提的是，国内晶能光电在技术路线（硅衬底）上有别于国际主流（GaN衬底），具有原创技术产权，潜力存在。专利大战硝烟未尽，国际各大厂商又在力拼技术创新：Cree在做光效的同时推出LED器件，Lumileds在做大功率暖白光、紧凑型和集成解决方案，Osram在改进构造提高量子效率，日本厂商比较有忍者风范，从MOCVD到外延芯片一直在秘密进行、全力拓展，表现不俗。围绕市场，也为了市场，可谓：八仙过海，各显其能。全球LED外延芯片专利技术纷争及授权情况参见下图：图1：LED产业专利纠纷情况图2：各大LED公司专利纠纷及授权情况市场表现：全球市场看中国国际巨头来争抢台湾企业欲联手中国企业当自强面对中国LED市场这块大蛋糕，Lumileds(飞利浦)、Cree、Osram、Nichia诸多国际巨头纷纷切入，在诸多国外芯片厂商中，Cree（中国）似乎更为耀眼，这有赖于Cree相对成熟的技术和唐总长袖善舞的市场拓展能力；Lumileds也不甘示弱，据2010年2月25日Philips公布的季度财报显示，飞利浦照明中的Lumileds板块贡献良多。以晶元为代表的台湾芯片企业似乎更多沿袭了中华智慧，他们“以和为进”，更多采用在大陆投资办厂或与大陆企业联手的方式，悄然蚕食着更多的市场。面对国际巨头及台湾区上游厂商的压力，国内部分LED芯片厂商正忙着争取资金和政府扶持搞功率型白光的研发工作，远远谈不上创新，只有少数比较聪明的厂商在中低端非白光市场担负着收复领地的“职责”，其中厦门三安表现不俗，据传也有新的扩张打算，由此而言，市场的重要性可见一斑。国内LED外延生长和芯片制造的主要企业有厦门三安、大连路美、上海蓝光、上海蓝宝、山东华光、杭州士兰明芯、江西晶能光电、河北同辉、沈阳方大、厦门乾照、江西联创、南昌欣磊、上海大晨、上海宇体、深圳世纪晶源、深圳奥伦德、扬州华夏集成、廊坊清芯、甘肃新天电、武汉迪源、西安中为、广州普光、东莞福地，以及“外资血统”企业如武汉华灿、厦门晶宇、厦门明达和晋江晶蓝等。这些企业中的一部分在