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1、 欢迎阅读本文档，希望本文档能对您有所帮助!科技创新“六个一”工程十大产业现状和发展趋势之五半导体照明与LED产业目 录（按住Ctrl的同时在页码前单击，立即进入相应页码的页面）一.半导体照明产业概述- 2 -1.半导体照明的基本知识- 2 -(1)半导体LED的结构与发光基本原理- 3 -(2)半导体LED光源的特点- 4 -(3)半导体LED的应用- 5 -2.半导体照明产业及其经济社会影响- 7 -二、半导体照明产业国内外发展概况- 8 -1.国际现状与动态- 9 -(1)市场总体态势- 9 -(2)主要国家和地区LLED产业发展战略- 9 -(3)国外主要LED企业介绍- 11 -(4
2、)LED技术研究现状及发展趋势- 12 -2.国内产业发展情况- 13 -(1)产业规模及地域分布- 13 -(2)国内主要企业简介- 14 -(3)国内LED技术发展水平- 16 -三、我省的半导体照明产业- 17 -1.主要企业简介- 17 -2.我省的产业优势- 19 -(1)有一项具有完全自主知识产权的LED制造技术。- 19 -(3)产业技术基础较好- 20 -(4)具有全色段LED的生产技术与能力。- 20 -(5)具有MOCVD设备的研发制造能力。- 21 -四.我省半导体照明产业存在的不足与问题- 21 -(1)产业规模方面- 21 -(2)技术方面- 22 -(3)其他方面-
3、 22 -五、促进我省半导体照明产业发展的思考- 23 -1.继续加大对科技创新的投入，促进企业成为技术创新的主体- 23 -2.进一步抓好人才队伍的建设- 23 -3.培育龙头企业促进产业集群的形成- 24 -4.积极推进产业链的进一步延伸- 24 -5.加强交流与合作- 24 -6.利用示范项目推动半导体照明的推广应用- 24 -主要参考资料- 25 - 资料显示，人类用于照明的电力消耗是十分巨大的。世界照明用电量约占全世界电力总消耗的20%。而且，经济越发达的国家，照明用电量所占的比例越大。因此，节约照明用电已经为世界各国所高度重视。近十多年来，许多发达国家纷纷提出了各自的新世纪照明实施
4、计划。 2008年我国照明用电量已达到4100亿千瓦时，照明用电量已超过全国电力总消耗的12，此比例还在逐年攀升。而且，就全社会而言，目前广泛使用的照明电器仍然是以低效照明灯具为主，因此节约照明用电潜力很大。实施“半导体照明工程”计划正是节约照明用电的重要举措。一.半导体照明产业概述 所谓“半导体照明”是指，利用半导体发光二极管(LED.Light Emitting Diode)作为新型电光源的通用照明。换句话说，就是在普通照明场合，用半导体照明灯(即LED灯)来替代白炽灯和其它低效率照明灯具。LED是半导体照明的核心，所以半导体照明产业也可称为LED产业。 1.半导体照明的基本知识 众所周知
5、，物质是由原子组成的，原子又是由原子核和核外电子组成的，核外电子总是不停地沿着离原子核不同距离的近圆形轨道绕原子核运动。电子运动的轨道半径越大，它所具有的能量就越大。当物质被加热后，原来在较小半径轨道上运动的电子将会得到一定的能量，并跳到半径较大的轨道上继续绕原子核运动(这个过程称为热激发)。但是，这些电子是不稳定的，它们很快又会跳回到较低能量的轨道上来，同时，将它们所得到的多余能量以发射光子的形式释放出去。这就是物质发光的最基本原理。火焰发光是这个道理，爱迪生发明的钨丝灯通电发光也是这个道理。正因为一般物质发光都和热联系在一起，这大概也就是人们常说“有一份热，发一份光”的原因吧。然而，与一般
6、的热光源不同，半导体LED却是一种“冷光源”，它发光不需要通过热激发，这也是半导体灯能够节约电能的根本原因。 可供照明领域应用的高亮度LED虽然只诞生约二十年。但它的发光效率已经远远超过普通白炽灯，目前已经接近或超过荧光灯。而且，LED灯的使用寿命几乎是白炽灯的100倍，荧光灯的10倍。所以，有人将半导体照明誉为“照明工业革命”并不为过。 (1)半导体LED的结构与发光基本原理LED的结构如图1所示。其发光的核心部分是位于中间的一小片半导体晶体称为芯片。芯片的尺寸很小，厚度约为零点几毫米，截面积一般不到1平方毫米，大功率芯片也只有几平方毫米。芯片是由p型和n型两种不同导电类型的半导体材料结合在
7、一起构成的，二者结合的过渡区域称为pn结。LED的发光过程就是在pn结区域内发生的。LED发光与一般物质发光的本质区别就在于：具有较高能量的电子不是受热激发的，没有加热过程，而是从外电路直接注入的，因此，LED发光是真正的“冷光”。图2就是LED发光原理示意图。当在pn结两端加上正向电压(p型材料连接电源正极，n型材料连接电源负极)时，带负电的电子不断从n型材料区域进入pn结，带正电的空穴则不断地从p型材料区域进入pn结，进入的电子和空穴(它们统称为载流子)会在pn结区内碰到一起，并因正、负电荷中和而消失(称为复合)，同时，将多余的能量以发光的形式释放，这就是LED发光。在一定的范围内，输入的
8、电流越大，进人到pn结区的载流子越多，它们复合发出的光就越强。为了提高LED的发光效率，人们通常会在pn结区域内制作一些能够限制载流子运动的陷阱称为量子阱，使它们能够更容易发生复合，以提高LED的发光效率。正是这种“冷”发光机理，使得LED的发光效率很高。在同等亮度下，LED灯所耗电量仅为白炽灯的110。若以我国当前照明的实际用电量计算，全国若有13的低效白炽灯被LED灯取代，每年就能节省用电约1000亿千瓦时，相当于一个三峡工程的发电量。 可用来制造LED的材料种类很多。能够发出可见光的材料主要是III-V族化合物半导体材料，如GaAs(砷化镓)、GaP(磷化镓)、GaN(氮化镓)等，以及以
9、它们为基础的三元、四元化合物，如GaAsP(磷砷化镓)、GaAIAs(砷铝化镓)、GaAsInt(磷铟砷化镓)等等。红光波段的发光材料主要以掺A1、In杂质的GaAs和GaP为主；蓝紫光及紫外光的发光材料则以掺Al、In杂质的GaN材料为主。 用于照明的光源一般要求发白光，但是LED发出的光几乎是色光。人们通常采用如下两种技术途径来制造白光L,ED：其一，采用蓝色LED与黄色荧光粉(YAG)组合，即在蓝光InGaN芯片上涂上一层YAG荧光物质，利用蓝光照射荧光物质产生与蓝光互补的黄光，根据互补原理，LED便发出人眼所看到的白光。如图3所示。其二，将红、绿、蓝三基色的三个LED芯片组合封装在一个
10、塑料外壳内，使它们发出的三基色光合成白光。目前，产业上白光L.ED制作方式主要还是采用前一技术途径，因为该技术方案工艺简单、成本低、效率高。 (2)半导体LED光源的特点 发光效率高。目前，LED灯的发光效率已经远远大于白炽灯，并接近荧光灯，有的已经超过荧光灯。这就是说，在获得同样照明的情况下，使用LED灯可以节约大量电能。 寿命长。LED的平均寿命在510万小时。比目前所有照明光源的寿命都长。 单色性好。LED所发出的光基本上是单色的，或者说颜色比较纯。而且有红、绿、蓝三种颜色的LED。因此在一些需要彩色照明的场所使用起来非常方便。 响应速度快。白炽灯的响应时间为毫秒级，荧光灯的响应时间很长
11、(从电源开启到完全点亮往往需要十几秒乃至1分多钟)。而LED灯的响应时间为纳秒级，一开即亮。且可频繁开启与关闭而不损坏。 使用低压直流电源。使用低压直流电既有安全的一面，但也给LED灯的使用增加了一个电源变换环节。因为我国的市电都是220V交流电。 抗震性强。LED是全固态器件，更无真空玻璃外壳，所以抗震、抗冲击。 环保。荧光灯和节能灯大都含有毒汞(Hg)元素。在LED中不含汞元素。 芯片体积非常小。LED芯片尺寸一般不到lmm2.这使得LED能够得到广泛的应用。如手机、数码产品显示器的背光源，全彩显示屏等等。 价格贵。目前LED的价格比较昂贵，尤其是超高亮度LED。这是影响半导体照明推广的重
12、要原因之一。 下表1列举了几种常用的照明灯与LED灯的主要性能对比。表1 常见的照明灯与LED灯主要性能的对比*这里所列数据为产业化水准。实际上，从07年起国际上就不断有发光效率达到100 lmw的报道。现在甚至有高迭1601mw的报道。 (3)半导体LED的应用 从理论上讲，作为一种新光源，LED几乎可以应用在所有照明领域。而且由于LED具有上述一些特点，它的实际应用领域比一般传统光源更宽泛。概况起来主要有如下几方面： 信息显示。LED一诞生就被应用到各种电器运行状态的指示。时至今日，该领域仍有相当大的市场。特别是，随着高亮度和超高亮度和大功率产品的出现，LED在广告屏、交通信号指示、户内外
13、大型全彩显示屏等方面的应用不断增加。有人估计，该市场约有几十亿乃至近百亿元的市场。 液晶显示屏的背光源。液晶本身是不发光的，各种液晶显示屏必须要有背光源。高亮度白光L,ED已经广泛用作为手机、MP3、数码相机等小型电子产品的显示屏背光源，并且开始应用到笔记本电脑显示屏的背光源。现在，许多电视机厂商已经在大尺寸的彩色电视机液晶显示屏上采用LED作为背光源。晶能(南昌)公司的大厅内就有一台用硅衬底GaN基LED做背光源的大屏幕彩电。各种背光源是目前LED最大的应用市场，估计有逾百亿元的市场。 半导体照明。半导体照明领域非常宽泛，它包括：景观照明、装饰照明、便携照明、安全照明(如矿灯、应急灯等)、车
14、用照明(指示灯、照明灯等)、特种照明(军用灯、医用灯、农用灯等)等。显然，最大的照明领域乃是人们工作、学习、生活、居住等场所的普通照明和城市的道路照明。虽然，目前LED灯还未正式进入普通照明市场，但可以预言，在近几年或十几年内，半导体照明一定会逐步进入的，其潜在的市场是非常巨大的，预计可达上千亿元的市场前景。 目前，LED照明灯推广使用还比较困难，其原因除了L,ED灯产品少、售价比较高以外，人们对I.ED灯及其使用了解甚少也很有关系。 有人曾对普通照明进行了一个简单的对比。由于目前家庭用照明灯主要是白炽灯、荧光灯(日光灯)及节能荧光灯。下面就以25w的白炽灯、5w的节能荧光灯、3w的白光LED
15、灯作一个比较。这三种灯的照明效果基本相当。现在以它们运行50000小时计算，节电效果以及经济效果如表2所示。表2 三种普通照明灯运行成本对比注1.在计算节能灯和LED等的耗电量时，均按标称容量增加2w，这是考虑到节能荧光灯的镇流嚣损耗和LED灯的驱动电路损耗。 从表2数据明显可见，使用LED灯照明是合算的。实际上，随着半导体科技的进步以及生产效率的提高，LED灯的价格肯定会不断下降；而作为能源的电力，其价格必将不断上升。因此，使用LED灯的经济效果将会更加明显。 2.半导体照明产业及其经济社会影响 半导体照明产业是一个新兴的高科技产业。比较完整的半导体照明产业链由上游、中游、下游和应用企业等四部分组成。 上游企业是指LED发光材料(常称为外延片)的生产企业。外延片是一种人工生长的层状薄膜晶体材料。用于制造LED外延片的材料主要有GaN、GaAs等化合物以及以它们为基础的掺杂化合物。外延片的生产技术难度大，科技含量高，初期资金投入也大。外延材料的品质对LED的质量影响极
