LED技术及产业发展趋势.docx

LED产业技术及产业发展趋势1.照明技术发展简介白炽灯、荧光灯以及高强放电灯（HID）三种光源，顺次主导了20世纪的照明市场。1879年，ThomasEdison发明了第一盏白炽灯，功率60瓦（W），工作时间100小时，转换效率接近1.4流明/瓦（lm/W），而现在60W的白炽灯，工作效率已提高到15lm/W，平均工作时间1000小时。1901年，美国发明家PeterCooperHewitt发明了低压水银气体放电灯，在此原型基础上，1939年GE公司成功开发了现代荧光灯。目前，荧光灯的工作效率依据种类及功率不同介于65~100lm/W之间。1810年，英国化学家HumphryDavy向皇家学会展示两根通电木炭间的小小电弧，高强放电灯就是基于该现象提出的。1964年第一盏金属卤素灯在世界展览会上展出，随即高压钠灯在1965年出现。现在同样依据种类以及功率不同，高强放电灯的效率介于45~150lm/W之间。1950年英国科学家发现砷化镓（GaAs）半导体材料有电致发光现象，可发出红外光，这导致了发光二极管（LED）的问世。1962年通用电气先进半导体实验室发明了第一个可实际应用的可见光谱的LED。经过一系列的技术改进，在六十年代晚期，红光GaAsPLED商业化生产，七十年代中期，GaP型绿光LED开始生产，而九十年代，日亚化学工业株式会社（NICHA，以下简称日亚）在中村修二的领导下成功开发并商业化了第一个GaN蓝光LED。组合红绿蓝三色LED或者在蓝光LED上涂覆黄色荧光粉可产生白光LED，这对通用照明而言是另一个高效而且富有发展潜力的新技术。在开发白光LED的同时，研发者们同时致力于提高LED技术的转换效率。目前，LED的商业化器件效率已经达到76~132lm/W，商业化的LED照明系统效率也达到了62lm/W，超过了大部分的荧光灯及部分HID照明系统。近期Cree公司已将LED器件效率记录提高至230lm/W，的确令人吃惊。图1各类光源发光效率的比较及未来发展预测（资料来源：NavigantConsulting，Inc）1987年柯达公司ChingW.Tang和StevenVanSlyke率先开发了有机发光二极管（OLED），一个双层有机电致发光器件。1990年Burroughes等人以共轭高分子聚对苯乙烯（PPV）开发的高效绿光OLED，在全球掀起了OLED研究的热潮。目前，白光OLED器件的实验室发光效率已达到90lm/W，而各公司也于近期开始将白光OLED商业化，但作为基本器件原型的白光OLED面板，其效率目前仅为23lm/W。从图1看出，传统的白炽、荧光以及HID光源，分别历经了60年到120年的发展才达到目前的性能，为此工业界已臻全力，估计未来大幅度提高效率的可能有限。而固态照明技术，如LED和OLED，却有可能将发光效率提高至现有最高效的白光光源的两倍以上。在过去的40年中，LED的光输出每十年增长20倍，而与此同时，每流明的成本降低了10倍（图2）。图2LED光输出和每流明成本情况以及未来的发展趋势2．LED产业2.1LED产业概况2008年，全球LED市场规模达到80亿美元，其中高亮度LED在1995~2004年间的年平均增长率达到46%。美国市场研究公司预测，全球LED市场规模年增长率将超过15%，其中高亮度LED（high-brightnessLED）将步入高速增长阶段，占据LED产品比例逐步加大，并成为LED主流产品。美国LED研究专业机构StrategiesUnlimited在全球范围内对LED的产业发展趋势进行了跟踪分析。在描绘高亮度LED产业结构时，该机构指出，当前芯片及系统的设计方案都更趋于复杂化，上下游间的产品分界线尚未标准化，产品质量仍然是当前面临的主要问题。现阶段大部分的高亮度LED产品的封装都是在亚洲进行的，尽管相当高份额的产品由亚洲尤其是中国制造，但设备及关键材料多由美、日提供，而LED照明系统的设计亦大多在欧美完成。图3全球LED发展现状及未来发展预测目前，LED的生产仍然“比较原始”，工艺尚未完全自动化，而制造商们除了应对降低芯片成本的挑战外，尚需解决由于材料本征缺陷而导致的LED发光色质、转换效率以及稳定性等性能问题。2.2LED产业链结构图3LED装置配件示意图根据美国能源部报告，目前产业界内的共识是，LED将在2020年前主导照明市场，同时集成了控制以及感应系统的“智能系统”以及根据应用领域区别的模块化部件将扮演愈加重要的角色。美国计划在北美本土打造LED生产基地，利用来自其他地区的零件来组装终端的照明系统。图4