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半导体照明材料行业研究 |
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（2004-11-15） |
| 1．国际发展现状与趋势 半导体照明是21世纪最具发展前景的高技术领域之一。半导体照明光源（发光二极管-LED）具有高效、节能、环保、使用寿命长、易维护等显著特点，被认为是有可能进入普通照明领域的一种新型固态冷光源。半导体照明光源的诞生和发展，被誉为人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一次革命。自1962年首只GaAsP红光LED诞生以来，人类一直致力于半导体照明光源技术的实现。经过40多年的努力，已经实现了红、绿、黄、蓝光LED的生产应用，发光效率提高了近千倍。特别是1994年日本Nichia（日亚）化学工业公司的Nakamura博士宣布成功地开发出亮度达到2烛光的氮化镓基蓝光LED后，在全球掀起了氮化镓基发光材料及器件的研究开发与应用热潮。现在已经制备出蓝光、绿光到紫外波段的高亮度LED，并由此发展出高亮度白光LED，为半导体白光照明产业的发展奠定了基础。 白光LED与白炽钨丝灯泡及荧光灯相比，具有耗电量小、寿命长、发热量低、反应速度快、环保、可平面封装成轻薄短小产品等优点，没有白炽灯泡高耗电、易碎及日光灯废弃物含汞污染的问题等缺点，被业界看好在未来10年内成为替代传统照明器具的一大潜力商品。国外白光LED应用技术已取得了惊人的进展。日本松下电工（National Matsushita）2003年8月开发出亮度与白炽灯相同的白光LED照明器具，亮度达到与40w白炽灯相同的300lm，主要用于换灯难的高处或屋外建筑用照明，2004年春天开始商品化销售。2003年10月美国Cree公司已封装出1200 lm、发光效率32 lm/W白光LED集成灯，2003年底日本日亚（Nichia）公司展示了1000 lm、发光效率33 lm/W的白光LED灯。 表2-5 白光LED的发光效率进展及预测 年份 发光效率（lm/w） 相当于 1998 5 1999 15 白炽灯 2001 25 卤钨灯 2005 60 水银灯 2010 100 荧光灯 2020 200 面对这场产业革命和巨大的市场空间，美国、日本、欧盟、韩国、中国台湾等国家和地区相继推出了发展半导体照明产业的国家和地区计划。根据美国光电子工业协会（OIDA）2002年对技术路径最新的分析预测，半导体照明光源将于2007年开始进入白炽灯市场，2012年进入荧光灯市场。 表2-6 美国半导体照明光源发展目标 指 标 2002年 2007年 2012年 2020年 白炽灯 荧光灯 发光效率(lm/W) 25 75 150 200 16 85 寿命(khr) 20 ＞20 ＞100 ＞100 1 10 光通量(lm) 25 200 1000 1500 1200 3400 输入功率(W) 1 2.7 6.7 7.5 75 40 光通价格($/klm) 200 20 ＜5 ＜2 0.4 1.5 照明成本($) 5 4 ＜5 ＜3 0.5 5 显色指数 75 80 ＞80 ＞80 95 75 进入的照明市场 小功率、低光通市场 白炽灯 荧光灯 全部 数据来源：An OIDA Technology Roadmap update 2002， Ed. Jeff Y. Tsao， Sandia National Laboratories 世界三大照明厂商：Philips、GE、Osram为代表的下游公司积极与上游半导体公司整合，成立了Lumileds、GElcore、Osram Opto Semiconductors等公司，纷纷投入到氮化镓基LED照明光源的研发和产业中来。到目前为止，全世界有近200家大公司和近300家个大学和研究机构从事氮化镓基蓝绿色发光二极管的材料生长、器件工艺和相关设备制造的研究和开发工作。中国国内有10余家大学和研究机构、台湾地区有20多家公司进行氮化镓基蓝绿色发光二极管的生产和研究开发。 表2-7 国外高亮度氮化镓基LED技术水平 颜色 峰值波长（nm） 外量子效率（%） 发光效率（lm/w） 绿色 520 11.6 30 蓝色 450 34.9 60 紫外 405 28 40 图2-2 2003年世界氮化镓基LED芯片产量 图2-3 2003年世界InGaAlP LED芯片产量 2．国内发展状况分析 ??2002年中国照明行业、LED的市场分别达到510亿元（规模以上企业）、100亿元，增长率分别是13%、67%，是国外增长速度的2-3倍。中国是世界照明电器生产大国、世界照明器具出口大国之一，也是世界上具有巨大照明市场潜力的国家。 表2-8 2002年国内外市场数据对比 分 类 2002年全球市场 2002年国内市场 规模（亿美元） 增长率（%） 规模（亿元人民币） 增长率（%） 照明行业 500 5 510（规模以上企业） 13 LED 36 20 100 67 白光LED 2 40 处于起步阶段 中国LED产业已有30多年发展里程，1969中科院长春物理所研制出我国第一只红光LED。中国功率型LED产业发展，经历了进口器件销售-进口管芯封装（1998年前100%进口）-进口外延片制管、封装-自主生产四个阶段，现已具有GaAs和GaP单晶、外延片、芯片的批量生产能力。近两年国内成立的相关企业已经引进二十多台套MOCVD设备以及配套设备，总计投资十多亿元人民币，2003年全国有企业近千家，从业人员3万余人，LED产量200亿只，市场规模约100亿元人民币，LED产业已具相当规模。目前国内已形成较大的LED应用市场，如交通灯、景观照明、背景光源、显示屏等，其中国内显示屏市场2003年达到30亿元人民币，交通信号灯市场达到5亿元人民币。 表2-9 1997-2002年国内LED生产与销售情况 年份 生产（亿只） 产值（亿元） 销售额（亿元） 1997 47 27.61 19.78 1998 65 35.89 22.44 1999 75 42.89 27.05 2000 84 49.70 31.4 2001 102 59.80 38.20 2002 160 100.00 80.00 数据来源：中国光学光电子协会光电器件分会 国家863计划从“九五”开始就认识到LED的迅速发展将对我国产生重大影响。特别是新材料领域光电子材料和器件主题专家组成立后，在战略安排中将宽禁带半导体发光和激光器件的研制以及相应的基础材料、在线测量技术和设备、衬底材料、外延设备的研究组成一个重大研究群体。在至今已安排的项目中包括M0源的研制和生产；超纯氨的研究和生产；蓝宝石单晶和衬底的规模生产；蓝光LED；白光LED；氮化镓激光器探索；白光LED应用；MOCVD设备；蓝光LED外延片在线检测仪；氮化镓单晶和自支撑衬底材料等二十几个课题，国内半导体照明研究取得进展主要包括： （1） 发光波长：从赤、橙、黄向绿、蓝、紫延伸，并扩展到近紫外和近红外 （2） 发光材料：从GaAlAs、GaAsP向AlGaInP、氮化镓转变，并实现小批量生产 （3） 器件结构：从同质结-量子阱-光子晶体发展 （4） 材料生长技术：从气相外延、液相外延转变为MOCVD技术 虽然发展中国的半导体照明产业具有良好的产业和研究基础，但是也面临以下方面的问题： （1）国内外延片批量化生产技术不过关，产业化规模小。 （2）国内用芯片90%是从国外和台湾地区进口，国内生产的芯片指标与国外差距较大。 （3）研发投资力度与产业投资规模小，国外重点企业规模是国内重点企业的10倍，美国Cree公司2002年约投入5000万美元用于氮化镓基外延片和芯片研究，国内863计划“十五”期间光电子专项3年投入只有4000万元人民币。 （4）国外氮化镓专利约5600项，国内专利只有70余项，缺少核心专利。 （5）国内外目前均没有统一的LED照明标准，但国外已开始进行功率型LED标准的制订工作。国内现有LED测试标准没有涉及与照明有关的指标。 （6）国内现行的研究组织方式不能进行有效的资源配置，特别是半导体照明跨行业、跨部门、跨学科的产业特点，导致行业内现有人才、资金分散，设备、技术、信息不能有效共享，低水平重复现象普遍。 表2-10 国内氮化镓基LED芯片主要指标 芯片分类 波长（nm） 功率（mw） 寿命（万小时） 绿光 505 3-5 1-5 蓝光 460-480 1 ﹥1 紫外 380-405 3-4 1-5 目前，国内半导体照明产业已初步形成“广东、深圳”，“福建、江西”，“江苏、上海、浙江”，“北京、东北、河北”四个产业相对集中的区域，并呈现出北方研发机构集中，研发力量强，而南方产业化能力强，应用发展快的产业格局。 北京、东北、河北地区是国内研发力量最强，研发机构最集中的区域，主要研究机构有中科院半导体所、中科院物理所、中科院长春光机所、清华大学、北京大学，主要企业有大连路美科技有限公司（拥有外延、芯片国内最好的产业化技术）、中科镓英半导体有限公司（以生产砷化镓晶片为主）等。下游主要企业有廊坊鑫谷光电科技有限公司（封装及应用），北京利亚德科技有限公司（显示屏）、北京宝龙光光电技术公司（封装及下游）等。 福建、江西在上游和中游投资规模国内最大，其产能也是最大，南昌是国内红黄光芯片的最大产地，占国内市场的25％。外延、芯片主要生产企业有南昌欣磊、厦门三安、江西联创，三安和联创都有计划进一步在蓝绿光外延和芯片方面增加投资。主要封装企业有厦门华联、厦门光莆等。 上海、江苏、浙江（长三角）地区也是国内LED产业发展最活跃的区域之一，沿整个产业链上中下游都有较大的投资。上游和中游有上海蓝宝电子材料有限公司、上海北大蓝光科技有限公司、上海金桥大晨科技有限公司、江苏奥雷融光电科技有限公司，下游封装主要企业有镇江稳润、宁波爱米达、宁波和谱光电半导体有限公司等，下游应用主要企业有上海小系汽车照明有限公司（车灯）、南京洛普有限公司（显示器）等。 广东、深圳是国内LED封装及下游应用产品的主要生产地区，封装规模最大也是台商投资LED最集中的地区。主要企业有佛山国星光电、中山朗码、深圳超亮、惠州华刚、深圳海洋王（工作、军用灯）等。上游有深圳方大、在蓝绿光芯片生产方面目前是国内最大的供应商。 为了进一步加快国内半导体照明产业的发展，2003年6月科技部牵头成立国家半导体照明工程协调领导小组，启动国家半导体照明工程，已被纳入国家中长期科技发展规划。目前国家“十五”科技攻关计划重大项目 “半导体照明产业化技术开发” 正式启动，标志着国家半导体照明工程已进入实质性推进阶段。该项目瞄准产业化目标，以应用促发展，近期解决市场急需的产业化技术；中远期培育新型大功率白光LED通用照明产业，并在高端原创性技术方面有部分突破。国家半导体照明工程的启动，将加速中国半导体照明产业的发展，有利于发展具有国际竞争力的中国半导体照明新兴产业。2004年4月科技部批准厦门、大连、上海、南昌为第一批启动的国家半导体照明工程产业化基地。 3．需求分析 从全球来看，2002年照明市场规模约为500亿美元，年增长率约为5%。2002年全球LED市场规模约为36亿美元，年增长率20%以上。自从1995年蓝光LED面世以来，全球高亮度LED市场发展迅速，年均增幅达到了64%，2002年高亮度LED市场规模总体增长了47%，达到了27亿美元，预计高亮度LED的市场销量仍将保持30%以上的年增长率。 图2-4 1995-2003年高亮度LED市场 图2-5 2003年高亮度LED应用市场分布 图2-6 2004-2008年高亮度LED市场预测 数据来源：Strategies Unlimited |
业内人士，值得一看！！
只可惜看不到图表啊
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