LED的发展及其市场前景 （资料）

自LED问世以来，发展非常快，其发光效率每10年提高一个数量级，30年内竟提高了1000多倍，白光发光效率已达到100 lm/W。现在不仅是发光效率超过了白炽灯，光强达到了烛光级，而且颜色也从红色到蓝色覆盖了整个可见光谱范围，白光LED单管功率已超过10W，使它不仅适合诸如于汽车信号灯、交通信号灯、室内、外全色大型显示屏等指示与显示领域，而且已可用作为特殊场合下的照明光源。目前，LED倍受关注，正在努力将它发展成为第四代光源。本文简要地介绍了LED的发展历史和它的市场需求状况。

&&&&& 一、LED从显示器件向照明器件的发展

&&&&& 1962年．在美国通用电气公司工作的Holonyak博士用GaAsP化合物半导体材料研制出可商品化的LED，发光效率仅为0.1lm/W。1968年 Monsanto和HP公司于正式批量生产GaAs0.60P0.40/GaAs的红色LED。 1997年美国光学学会为表彰Holonyak 的功绩设立Holonyak奖。

&&&&& 1975年前后液相外延生长LPE的GaP:ZnO红色LED、GaP:N绿色LED、 GaAs0.35P0.65:N/GaP橙红色LED和GaAs0.15P0.85:N/GaP黄色LED相继进入市场。

&&&&& 1980年前后， Stanley公司将GaLaAs/GaAlAs双异质结结构的LED的发光效率提高到10%，这种LED在20世纪 90年代初大量用于大屏幕显示，其缺点是光衰太大。

&&&&& 1991年由美国HP公司和日本东芝公司研制成AlGaInP LED。后采用GaP透明衬底技术，将红色和黄色双异质结材料制成LED，其发光效率提高到20lm/W， 超过了白炽灯（15lm/W）， 再加上多量子阱结构，红发光效率率达到73.7lm/W， 近两年来采用截头锥体倒装结构技术，红、黄和绿光LED可分别达到102lm/W、68lm/W 和18lm/W，台湾的UEC公司的黄色InGaAlP LED，发光效率也达到40lm/W 。目前超高亮度LED的制造几乎都采用MOCVD技术。

&&&&& 1993年，日本Nichin Chemical公司的Nakamura 用InGaN材料研制成LED，并进一步用这种材料制作双异质结紫外光激光器时，发现光强达到1—2cd的蓝光(450nm)。由于这项发明1996年Nakamura获得了国际信息显示学会（SID）的特别奖。而后日亚和丰田生产出蓝色LED 、绿色（525nm）和蓝绿(505nm)LED。日亚公司进一步以蓝色LED芯片上覆盖黄绿光荧光粉制成的白色 LED， 发光效率可达到了25lm/W。目前，这类LED的发光效率正以每年10%-20%的速度提高。

&&&&& 美国的Gree公司 采用热导率较高的SiC衬底生产InGaN 蓝色和绿色LED，其绿光和紫外光（405nm）的外量子效率分别达到32%和 28%。

&&&&& LED向照明领域应用发展必须增大现有LED的功率，要增加功率必须增大外延片尺寸和设法解决器件的散热问题。Lumileds lighting公司研制成功5W的白光Lnxeon LED，光输出达187lm发光效率为44.3lm/W；它是由4个1×1mm2的蓝色LED芯片涂复上荧光粉制成，驱动电流密度为50A/cm2。绿色器件（519mm）达到170lm，蓝绿色器件（506nm）达到175lm。Osram光电子公司推出AlGaInP（As）纹理表面高效取光结构的器件，发光效率达到30lm/W。UEC公司开发的10W LED，采用2.5×2.5mm2的大面积芯片，在5A电流下工作，光输出达到200lm。 Lamina公司采用自有的LTCC-M（低温陶瓷烧结技术）高密度集成封装的琥珀色和红色大功率LED阵列，其功率已达104.33W，光通量达1938lm，白光大功率LED阵列，功率已达24.57W，光通量达567lm。这些器件的研制成功， 对推动LED照明的发展有重要意义。

&&&&& 自20世纪80年代开始研究的小分子有机半导体发光二极管和后来研制的聚合物发光二极管，统称为OLED。90年代以来在全色化、高亮度及长寿命方面取得了明显的进展，现在已有可见光范围内全部色彩，发光效率超过20lm/W，除红光OLED外，寿命已超过20000h。主要应用在手机显示彩屏和仪表显示 ，质量明显高于LCD。它作为室内使用的也非常合适。目前正从小型显示向大尺寸显示发展，33 cm和38 cm的OLED显示屏已研制成功， 51cm的OLED显示屏也即将问世。它在照明领域的应用也有较好的前景。

&&&&& 对LED的发展，有两种预测：1、2005年达到50lm/W，事实上目前实验室已达到或超过这一数值；以往每十年发光效率提高10倍，到2010年就可以达到200lm/W；2、2010年达到100lm/W，2020年或2025年达到200lm/W。最近lumileds公司报道红光（610nm）已达到102lm/W，蓝光、绿光和白光也都达到了30--50lm/W，Gree公司的白光LED发光效率已达100 lm/W，进展很快。

&&&&& 二、LED的市场需求状况

&&&&& LED的主要应用领域包括交通信号灯、灯饰、全彩LED显示屏、汽车车灯、背景光源和白光LED固态照明。根据美国市场调研公司Strategies Unlimited的分析数据，最保守的发展预测，到2009年全球仅GaN基LED器件市场将达48亿美元的销售额。

&&&&& 1、交通信号灯

&&&&& 航标灯、道路交通信号灯、飞机场跑道用的信号灯（ 如LED投光灯和LED全向灯）以及铁路用的交通信号灯均已批量生产。使用高亮度LED道路交通信号灯既节能，又有很高的显示对比度，在阳光照射下可仍清楚辨识。依据资料显示，目前全球约有2000万交通信号灯，而每一套由红、黄、绿灯组成的 交通信号灯约需600颗高亮度LED，以 每年新设和更新 200万套计，未来每年全球交通信号灯约有10亿美元的市场。我国的城市内每个十字路口一般设置四套高亮度LED信号灯（12个红、黄、蓝绿信号灯），加上人行横道警示灯24个（8套），共36个，其中12个是蓝绿信号灯，每个路口需要2400颗高亮蓝绿LED。 加上高速公路出入口，路牌以及一级公路交叉路口的交通灯等。估计我国每年安装量为4-5万套, 将有10亿元以上的市场。

&&&&& 2、灯饰

&&&&& LED的优点是亮度高、寿命长、 驱动和控制较霓虹灯简易、能闪烁、能变色，所以用超高亮度LED做成的单色、多色乃至变色的发光柱配以其他各种形状的发光单元，很适合于用作各种景观灯饰。装饰高楼建筑、桥梁、街道及广场等景观工程效果很好。随着我国城市化建设中众多的亮灯工程实施以及桥梁公路照明工程的建设，景观灯饰市场将非常巨大，估计年需求量将在30亿以上。为举办2008年奥运会，预测北京市政工程将斥资3000—4000亿人民币来实行亮灯工程，其中有5% ，也就是150—200亿人民币 可能采用LED灯饰。

&&&&& 3、全彩LED显示屏

&&&&& 早在20世纪80年代中期，就出现单色和多色大屏幕显示。90年代中期以来， 由于高亮度蓝光LED、超高亮度绿光LED、计算机视频控制技术的突破、灰度等级不断提高、成本持续降低，使LED大屏幕显示从单色、多色扩展到全彩色，从室内扩展到室外，从一般亮度发展到高亮度，应用面大大增加，屏幕面积在20 m2至300m2不等， 发展很快。目前最大的是美国时代广场上的纳斯达克全彩屏面积达120英尺×90英尺，相当于1005m2，由1900万只超高亮蓝、绿、红色LED制成。全彩色高亮度LED大屏幕显示屏产品已广泛应用于金融、证券、交通、机场、铁路、体育场、商业广告、邮电等各个领域。年产值超过20亿元，出口占五分之一以上。

&&&&& 4、汽车车灯

&&&&& 红色高亮度LED应用于汽车第三煞车灯，红色或黄色高亮度LED用于左右尾灯、方向灯及车边标识灯，汽车仪表板上则需要各种颜色的高亮度LED。 LED在耐震动、省电及长寿命方面比白炽灯有明显的优势；用作刹车灯，它的响应时间为60ns，比白炽灯的140ms要短许多，在高速公路上行驶，会增加4—6m的安全距离。

&&&&& 全球每年新车生产量在5000万辆以上。目前系列车种包括奥迪、宝马等欧洲的品牌车的车内大多采用高亮度LED，它在汽车行业中正在飞速扩展其应用范围和使用数量。当前车用LED 主要由HP、Osram Opto 及Sienens 等厂商生产。据Lnmileds公司称，已有1500万辆汽车用上了他们的LED产品。

&&&&& 中国现有汽车1250万辆，2002轿车产量100万辆。国内的桑塔纳汽车已将LED高位刹车灯作为汽车必装件，效果颇好。 但是总的说来，目前国内的汽车配备中LED用得不多，所以市场潜力巨大。

&&&&& 5、背景光源

&&&&& LED可作为液晶显示背景照明，它不仅可作为绿色、红色、蓝色、白色，还可作为变色背光源。适合用于移动电话、笔记本电脑和掌上电子产品。全球手机约有4-6亿只，如果彩屏手机占30-35%， 彩屏手机约需要15亿颗白光LED。用于33cm液晶屏的背光源已较普遍，56cm液晶屏背光源也已量产，仅为6mm厚，显色指数达到80以上。全球笔记本电脑产量约3000-4000台 。每台笔记本电脑需用白光LED数量约100粒，如果全部采用LED，则需要白光LED 3.5亿颗。

&&&&& 6、白光LED

&&&&& 作为照明光源的LED光源应是白光，由于LED光源无红外辐射，便于隐蔽，再加上它还具有耐振动、适合于蓄电池供电、结构牢固可靠又携带方便，与白炽灯和日光灯相比，有诸多优点。目前已有多种军用白光LED照明灯具投入批量生产，作为民用的草坪灯、埋地灯也已大规模生产。

&&&&& 根据Reed Electronies Research统计，99年全球白光LED市场有8800万美元的市场，2000年成长至1.18亿美元的规模，在2003年可达到2.7亿美元的市场规模。预测未来的几年均将保持30-40%左右的速度增长。目前全球照明市场规模超过60亿美元。随着白光LED成本进一步降低、性能进一步提高，照明应用将越来越广，预计LED固态照明市场2007年将 超过5亿美元，到2020年仅美国就可以形成500亿美元的产业。

&&&&& 结语

&&&&& 从能源的角度考虑，假如能将 LED的发光效率提高到200lm/W ,那么就超过目前所有的电光源的发光效率。如果到2025年有50%的现有电光源被LED取代，那就意味着全球每年能节约电费1000亿美元，并减少大量的二氧化碳等污染物的排放，这是非常吸引人的。

&&&&& 然而，要想将现有的功率型LED的单管功率加大8-10倍，发光效率再提高6-8倍，寿命增加2-3倍，而每klm的成本降低到现在的百分之一，并实现批量生产，大量取代现有的照明电光源，这绝非易事。正因为如此，1999年国际上三大照明公司分别与相应的半导体公司成立合资公司：GE公司与Emcore公司成立Gelocoer公司；Philips照明公司与HP公司成立Lumileds Lighting公司；Osram公司与西门子光电子部门成立Osram光电子公司，并投入大量人力和物力进行研发工作。我国科技部也于2004年正式启动“国家半导体照明工程”，并成立了项目协调领导小组，组织有关大专院校、科研院所和企业对LED固态照明枝术进行联合攻关，目标是使LED成为21世纪的新的照明光源。

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