①LED 简介
LED 是发光二极管(Light Emitting Diode)的简称,是由Ⅲ-Ⅴ族半导体材料通过半导体工艺制备的固体发光器件,其发光原理是利用半导体材料的特性将电能转化为光能而发光。
LED 具有电光功率转换高、体积小、寿命长、驱动电压低、反应速度快、耐震性佳、色彩纯度高等特性。随着发光效率的改进及性能的提升,LED 的应用领域也在不断扩展。LED 从交通指示灯、手机背光源领域的大规模应用开始起步,逐步渗入到汽车内部照明、电脑背光源等领域,目前正处于进入中大尺寸LCD 面板背光源、车灯及通用照明等领域的关键时期,市场潜力巨大。随着LED白光技术的日益成熟,LED 照明取代传统第三代照明将是未来几年的主流趋势。LED 应用领域情况如下图所示:
②LED 衬底材料
LED 衬底材料是LED 外延层生长的基层,在外延层的生长过程中,起到支撑和固定的作用。它与外延层的特性配合要求比较严格,否则会影响到外延层的生长和芯片的品质。LED 芯片结构如下图所示:
对于生长 LED 外延片而言,首要的问题便是衬底材料的选择。衬底材料要求与外延材料的晶体结构和组分相同或相近、晶格常数失配小、结晶性能好、缺陷密度低,同时二者之间的热膨胀系数应相近。同时,衬底材料要有好的化学稳定性,在外延生长的温度和气氛中不易分解和腐蚀,易于集成,散热效果好等。蓝绿光 LED 衬底可选用的材料分别有蓝宝石、碳化硅(SiC)、硅(Si)、氧化锌(ZnO)和氮化镓(GaN)等。目前,市场进入商业化研发和生产的衬底材料只有蓝宝石和碳化硅(SiC),碳化硅晶体由于生长技术难度大、晶体尺寸小、产出率低、价格高、难以实现大规模产业化生产。目前,蓝绿光LED 外延片生长90%以上都使用蓝宝石衬底。
③LED 产业链
LED 的产业链包括衬底制作、外延生长、芯片制造和封装与应用,一般将衬底制作和外延生长视为LED 产业的上游,芯片制造为中游,封装与应用为下游。LED 产业链如下图所示:
上游衬底制作和外延生长具有技术和资本密集的特点,有能力从事 LED 上游产业的企业数量较少,利润率也较高。上游行业既是技术进步的瓶颈,也是整个LED 产业发展的关键;中游芯片制造行业对技术和资本的要求较高,参与竞争的企业数量相对较多;下游封装与应用行业的进入门槛相对较低,参与其中的企业在LED 产业链中数量最多。由于LED 应用领域的不断延伸,市场规模也在不断扩大。
④LED 应用需求情况
最近几年,在各国政府的大力扶持下,LED 产业不断发展,下游应用领域逐渐扩大,特别是LED 背光源在大尺寸液晶面板中渗透率的快速提升和LED 照明市场的超预期发展使整个LED 行业呈现迅猛增长势头,据拓墣产业研究所预测2010 年全球LED 产值达到96 亿美元,较2009 年增长37%。
在 LED 主要应用领域中,其需求大幅增长的主要动力在中短期主要来源于LED 背光源渗透率的不断提高,根据市场调研机构DisplaySearch 发布的报告预测,到2013 年,LED 背光源渗透率将达到74%;在中长期而言,LED 增长的主要动力则来自照明市场的全面启动,随着LED 发光技术的不断提升以及世界各国节能政策的推行,LED 全面替代传统灯具的趋势已不可逆转。由于LED 照明节能效果明显,众多国家纷纷制订了禁用白炽灯的时间表,以加快推进LED 在照明领域的应用。全球禁用白炽灯时间表如下图所示: