1.2　LED照明技术

1.2.1　LED的发展

1907年Henry Joseph Round第一次在一块碳化硅里观察到了电致发光现象；20世纪20年代晚期Bernhard Gudden和Robert Wichard从锌硫化物与铜的合成中发出了微弱的黄磷发光；1936年George Destiau发表了一个关于硫化锌粉末发射光的报告，第一次出现了“电致发光”这个术语。

20世纪50年代，英国科学家发明了第一个划时代意义的半导体砷化镓LED。20世纪60年代末，在砷化镓基体上使用磷化物发明了第一个可见的红光LED。到70年代中期，科学家使用磷化镓研制成功了灰白绿光，采用双层磷化镓芯片（一个红色、另一个是绿色）产生了黄色光。进入80年代，采用砷化镓磷化铝，第一代高亮度的LED诞生，先是红色，接着是黄色，最后为绿色。

到20世纪90年代早期，采用铟铝磷化镓生产出了橘红、橙、黄和绿光的LED。90年代中期，出现了超亮度的氮化镓LED，随即又制造出能产生高强度的绿光和蓝光的铟氮镓LED。

随着技术的不断进步，近年来白光LED的发展相当迅速，当前商业化的LED效率已经达到120lm/W，实验室样品LED的效率已经达到160lm/W，大大超过白炽灯的发光效率（60～100W白炽灯的发光效率为15lm/W），也超过了荧光灯的发光效率。

随着技术的进步和市场的开拓，LED的发光效率将会越来越高，其应用范围将越来越广，对节能减排将起到越来越大的作用。

1.2.2　全球主要LED厂商介绍

（1）日亚化工

日亚化工是GaN系的开拓者，在LED和激光领域居世界首位，在蓝色、白色LED市场遥遥领先于其他同类企业，更以蓝色LED的开发而闻名于全球。该公司生产的LED中70%是白光，主要有单色芯片型和RGB三色型两大类型。此外，它还是世界上唯一一家可以同时量产蓝色LED和紫外线LED两种产品的厂商。

（2）丰田合成

1986年丰田合成开始LED方面的研发工作，1987年成功地在蓝宝石上形成了LED电极。由于丰田合成的技术先进，在LED方面的研究速度相当快，到1998年其在LED领域的销售额达到了63亿日元，到2006年增长到了276亿日元。在LED应用方面，手机占了72%的份额，此外还在液晶背光、按键、背面液晶背光等方面得到了应用。

（3）Cree

Cree公司主要从事SiC、GaN和Si衬底的开发，是美国宽禁带材料和器件的领导者，也是生产GaN材料的最大公司之一。最突出的还是他们对蓝光LED方面的贡献，公司在SiC衬底上生长GaN外延片制作蓝光上拥有专利，在LED上游占据核心地位。公司的产品包括绿光、蓝光和紫外光LED。公司的大部分利润来自于LED产品和SiC、GaN材料的生产，产品销往北美、欧洲和亚洲。

（4）Lumileds

Lumileds照明是世界著名的LED生产商，在包括自动照明、计算机显示、液晶电视、信号灯及通用照明在内的固态照明应用领域中居领先地位。同时公司还提供核心LED材料和LED封装产品，每年LED的产品达数十亿只，是世界上最亮的红光、琥珀光、蓝光、绿光和白光LED生产商。

（5）Lumination

Lumination公司致力于高亮度LED产品的研发和生产，几乎涉足所有GaNLED相关产品，现有的产品包括大功率LED交通信号灯、大型景观灯、其他建筑、消费和特殊照明应用等。通过把电子、光学、机械和热能管理等各个领域的技术相结合，创造了世界级的LED技术。

（6）Color Kinetics（CK）

Color Kinetics公司在智能固态照明系统及技术设计、市场开发方面处于行业领先地位，并获得了相关技术的许可权。公司在高性能灯具及OEM许可应用中，突破了传统光源的局限。其产品及技术优势使其在数码智能方面获得了一项称为Chromacore（R）的专利，这项专利可用来产生并控制数以百万计的LED灯光颜色及动态效果，应用于舞台照明和景观照明。

（7）OSRAM

OSRAM开发出了基于SiC衬底的GaN型光电器件，基于蓝光LED芯片和黄荧光粉组合的白光LED，在大尺寸LCD背光源、白光照明和车用LED产品上具有优势，其主要的经营领域在欧洲市场及汽车用白光LED市场。

1.2.3　LED产业的发展

（1）国内LED的研究、投入与发展

20世纪60年代到70年代，中国科学院开展了发光科学的研究，到1980以后LED开始从研究走向生产。早期主要是引进管芯进行封装，技术门槛低，90年代开始外延片加工，进而开展技术含量较高的外延片的研发和小批量生产。

2003年，LED的产值达到了100亿元，产量超过了200亿只，其中超高亮度的LED达到了几十亿只。与国际先进水平相比，现在中国半导体照明技术落后3～5年。2003～2005年，半导体照明国家科技攻关计划启动，目标是近期将解决产业化急需的一些关键技术、掌握一批半导体照明技术的知识产权；中远期培育新型大功率白光LED（半导体发光二极管）通用照明产业，并将在高端原创性技术方面有所突破。

2010年底，我国LED产业规模已达1000亿元，2015年我国LED产业规模或将达到5000亿元。随着技术的不断成熟和发展，LED的应用范围逐渐扩大，从LED照明灯、建筑景观、显示屏逐渐向手机、电脑、笔记本等方面逐渐扩展，产业涉及的模式也在逐渐扩大。LED产业的发展前景是不可估量的，特别是在这个倡导低碳环保的新环境下。

（2）产业地区分布

从产业的地区分布来看，目前我国LED产业已初步形成了珠江三角洲、长江三角洲、北方地区、江西及福建地区4大区域。同时，在国家半导体照明工程的推动下，我国建立了上海、北京、厦门、大连、南昌、深圳6个产业基地。另外，宁波、广州、武汉、重庆、哈尔滨、西安等城市也都成立了地方产业联盟、促进中心、商会等行业组织。我国半导体照明产业的发展具备了一定的自发协调能力和机制。

我国LED产业在封装及应用方面发展较快，无论是产量还是技术差距，都明显好于上游外延材料及中游芯片制备环节。尤其是应用环节，企业数量达2000家以上，占整个产业链中企业数量的70%左右。

（3）技术现状

目前，我国LED产业在技术方面与世界技术强国，如美国、日本等相比，还存在很大差距，尤其是材料外延技术与装备等方面。而我国在封装材料、工艺技术与装备、系统集成技术及应用等方面与国际技术水平的差距相对较小，尤其在应用环节，我国系统集成技术及应用发展迅速。目前部分技术，如系统集成、控制系统等方面甚至可以与世界一流的应用技术媲美。

在技术研发方面，我国启动了863计划“半导体照明工程”重大项目，并在“十一五”规划中将该项目列为新材料领域的重大专项，制定了3.5亿元的支持计划，重点在核心技术、重要装备及应用集成等方面寻求突破。目前，该计划在以100lm/W大功率芯片等为主的核心技术方面已经取得较大突破，有力地支撑了国内产业的发展，在应用集成方面也取得了一些阶段性成果。

（4）集中应用领域

① 景观照明市场　包括建筑装饰、室内装饰、旅游景点装饰等，主要用于重要建筑、街道、商业中心、名胜古迹、桥梁、社区、庭院、草坪、家居、休闲娱乐场所的装饰照明，以及集装饰与广告为一体的商业照明。

② 汽车市场　车用市场是LED应用发展最快的市场，主要用于车内的仪表盘、空调、音响等指示灯及内部阅读灯，车外的第三刹车灯、尾灯、转向灯、侧灯等。

③ 背光源市场　LED作为背光源已普遍应用于手机、电脑、手持掌上电子产品及汽车、飞机仪表盘等众多领域。

④ 交通灯市场　由于红、黄、绿光LED有亮度高、寿命长、省电等优点，又由于LED灯可以做成各种指示，因此其在交通信号灯市场的需求大幅增加。

⑤ 户外大屏幕显示　由于高亮度LED能产生红、绿、蓝光，可以产生全彩色LED大屏幕显示屏，在金融、证券、交通、机场、邮电等领域得到广泛应用。

⑥ 特殊工作照明和军事运用　由于LED光源具有抗震性、密封性好以及体积小、便于携带等特点，可广泛应用于防爆、野外作业、矿山、军事行动等特殊工作场所及恶劣工作环境之中。

⑦ 其他应用　LED还可用于玩具、礼品、手电筒、圣诞灯等产品中，我国作为全球轻工产品的重要生产基地，对LED有着巨大的市场需求。