LED技术发展 led技术发展现状-爱华网

1907年Henry Joseph Round第一次在一块碳化硅里观察到电致发光现象，由于其发出的黄光太暗，不适合实际应用，更难处在于碳化硅与电致发光不能很好的适应，研究被摒弃了。

20世纪20年代晚期Bernhard Gudden和Robert Wichard在德国使用从锌硫化物与铜中提炼的的黄磷发光，再一次因发光暗淡而停止。

1936年,George Destiau出版了一个关于硫化锌粉末发射光的报告，随着电流的应用和广泛的认识，最终出现了“电致发光”这个术语。

20世纪50年代，英国科学家在电致发光的实验中使用半导体砷化镓发明了第一个具有现代意义的LED，并于60年代面世。第一个商用LED仅仅只能发出不可视的红外光，但迅速应用于感应与光电领域。

60年代初，在砷化镓基体上使用磷化物发明了第一个可见的红光LED，磷化镓的改变使得LED更高效、发出的红光更亮，甚至产生出橙色的光。当时所用的材料是GaAsP，发红光(λp=650nm)，在驱动电流为20毫安时，光通量只有千分之几个流明，相应的发光效率约0.1流明/瓦。

到70年代中期，引入元素In和N，使LED产生绿光(λp=555nm)，黄光(λp=590nm)和橙光(λp=610nm)，光效也提高到1流明/瓦；就在此时，俄国科学家利用金刚砂制造出发出黄光的LED，尽管它不如欧洲的LED高效；但在70年代末，它能发出纯绿色的光。

80年代早期到中期对砷化镓磷化铝的使用使得第一代高亮度的LED的诞生，先是红色，其LED的光效达到10流明/瓦接着就是黄色，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桔红、橙、黄和绿光的LED。在很长的一段时间内都无法提供发射蓝光的LED，设计工程师仅能采用已有的色彩：红色、绿色和黄色，早期的“蓝光”器件并不是真正的蓝光LED，而是包围有蓝色散射材料的白炽灯。第一个有历史意义的蓝光LED也出现在90年代早期(日亚公司1993宣布，中村修二博士发明)，再一次利用金钢砂—早期的半导体光源的障碍物。依当今的技术标准去衡量，它与俄国以前的黄光LED一样光源暗淡。

90年代中期，出现了超亮度的氮化镓LED，当前制造蓝光LED的晶体外延材料是氮化铟镓(InGaN)，发射波长的范围为450nm至470nm，氮化铟镓LED可以产生五倍于氮化镓LED的光强。超亮度蓝光芯片是白光LED的核心，在这个发光芯片上抹上荧光磷，然后荧光磷通过吸收来自芯片上的蓝色光源再转化为白光，利用这种技术可制造出任何可见颜色的光，今天在LED市场上就能看到生产出来的新奇颜色，如浅绿色和粉红色。

在2000年，前者做成的LED在红、橙区(λp=615nm)的光效达到100流明/瓦，而后者制成的LED在绿色区域(λp=530nm)的光效可以达到50流明/瓦。

近期开发的LED不仅能发射出纯紫外光而且能发射出真实的“黑色”紫外光，LED发展史到底能走多远还不得而知，也许某天就能开发出能发X射线的LED。然而，LED的发展不单纯是它的颜色还有它的亮度，像计算机一样，遵守摩尔定律的发展，即每隔18个月它的亮度就会增加一倍，曾经暗淡的发光二极管现在真正预示着LED新时代的来临。

3.2照明用LED高亮度白光是怎样生成的

白光LED基本上有两种方式，一种是多晶片型，一种是单晶片型。前者是将红绿蓝三种LED封装在一起，同时使其发光而产生白光，后者是把蓝光或者紫光、紫外光的LED作为光源，在配合使用荧光粉发出白光。前者的方式，必须将各种LED的特性组合起来，驱动电路比较复杂，后者单晶片型的话，LED只有1种，电路设计比较容易。

单晶片型进一步分成两类，一类是发光源使用蓝光LED，以460nm波长的蓝光晶粒涂上一层YAG萤光物质，利用蓝光LED照射此一萤光物质以产生与蓝光互补的555nm波长黄光，再利用透镜原理将互补的黄光、蓝光予以混合，便可得出所需的白光(日亚专利)，生产较容易，其效率较高，成本较低，目前大部分白光LED采用此方法；另一类是使用近紫外和紫外光，丰田合成(ToyodaGosei)与东芝所共同开发的白光LED，是采用紫外光LED与萤光体组合的方式，与一般蓝光LED与萤光体组合的方式做区隔。蓝光LED与萤光体的组合方式，当照在红色物体的时候，其红色的色泽效果比较不理想，紫外光LED与萤光体组合可以弥补这个缺点，但是，其发光效率却仍低于蓝光LED与萤光体组合的方式，至于价格与产品寿命，两者差距不大。

在过去，只有蓝光LED使用GaN做为基板材料，但是现在从绿光领域到近紫外光领用的LED，也都开始使用GaN化合物做为材料了。并且伴随着白光LED应用的扩大，市场对其效能的期待也逐渐增加。从单纯的角度来看，高效率的追求一直都是被市场与业者所期待的。

但是另一方面，演色也将会是一个重要的性能指标，如果只是做为显示用途的话，发光色为白色可能就已经足够了，但是从照明的用途来说，为了达到更高效率，如何实现与自然光接近的颜色就显得非常必要了。

3.3 LED发光效率影响因素

LED的发光强度及发光效率的提高主要取决于采用的半导体材料及其工艺技术的发展。早期的LED主要用GaAs、GaP(二元素半导体材料)和GaAsP(三元素半导体材料)，1994年左右采用AlInGaP(四元素半导体材料)后，其发光强度及发光效率有很大的提高。另外，在工艺技术上采用在GaAs衬底上用AlInGaP材料生产的红光、黄光LED及在SiC衬底上用InGaN材料生产的绿光、蓝光LED，在发光强度及发光效率上有较大的改进。

LED的发光强度与正向电流IF几乎成线性关系，即增加正向电流IF可增加发光强度。但LED有一个最大功耗PD值的限制，PD=VF×IF(VF为正向压降)，若过大地增加IF而使PD超过最大值时，LED会过热而损坏。为了要提高发光强度，开发出中功率LED(一般为几百mW)，其工作电流也提高到70mA。为进一步提高发光强度，业者开发出了大功率LED，其功率一般为1～10W(有一些还大于10W)，它的工作电流一般为350～700mA，有些可达1A以上。

市场希望只需一颗就可达到相当亮度的LED，在这一方面的技术落在如何让LED能够支援更大的电流。通常30u㎡的LED最大可以驱动30mA的电流，但是这样的结果远远无法满足市场的期望，所以目标是需要将10倍以上的电流，导通到LED元件中。因此当LED的面积尺寸可以扩充到1m㎡时，那么紧接下来的工作便是如何让电流值能够达到350~500mA，因为驱动电压是3V多，所以就可以有1W的电力能被流进1m㎡的晶片面积。

而在发光演色的方面，虽然有这么大的功率输入到GaNLED中，但是所投入电力的四分之三都无法转换成光而形成热量，因此LED就会出现过热的现象，这也会直接影响到LED的演色结果。因为LED元件的基本特性是，如果温度上升，发光效率就会下降以及造成演色性偏差，所以如何有效的释放大量产生热量的放热技术成为了关键，因此将LED装在热传导率大、热容量大的材料上就成了相当重要的问题，目前大多是使用有价金属或者陶瓷。

在现有的发光效率下，如果需要一定程度高辉度，期望因为增加电流量来产生较大亮度的话，这就必须考量如何增加LED的面积来满足所增加的电流，或者利用将数颗小型LED封装在同一个模组之中，来实现封装模组对电流量容许值的提高。在目前的发光效率下，热效应也会成比例的上升，另外，大面积LED比小面积LED的电阻来得要高，使得大面积LED本身的效应也比较大，如果单纯以现有LED为基础来提高辉度的话，将会陷入一个因LED本身价格，和散热材料的成本过高而产生的恶性循环之中，这和以低成本化为基础的市场特性是背道而驰的，而且热效应量的上升会引起封装材料的热劣化，对其使用寿命也有很大的影响。

由于上述理由，为了扩大未来的白光LED市场，业者就必须提高LED的外部量子效率，如果实现了LED高外部量子效率来提高发光效率的话，所出现的连锁反应就会下降，例如因为减少电流透过而使得热效应比率降低，实现成本的下降和长寿命化。关于这一方面，目前因为透过局部制程的改变、使用不同的化合物半导体材料、各种白色发光方法的开发，以及新一代荧光粉的开发，已经使得LED的发光效率可以达到100lm/W。但现在使用白光LED的发光效率，除了一部分的制品之外，产业化的大多都在30~50lm/W左右。如果要代替节能灯就需要将亮度提升到80~100lm/W，如果要代替使用在汽车头灯上的HID的话，就更需要提高到120lm/W以上的发光效率。就技术上，如果蓝光LED芯片的光输出效率如果达到360mW，配合高阶技术的封装能力，获得100lm/W的白光输出并不困难，包括Cree、日亚等的业者在2006年已开发出高亮度的蓝光LED芯片，紧接着之后的如何降低外部量子效率的损耗便是考验者封装业者的能力，如必须设法减少热阻抗、改善散热等等问题，目前的做法包括了：降低芯片的热阻抗、控制模块和印刷电路板的热阻抗、提高芯片的散热性等等。为了扩大LED特别是白光LED的用途，如何提高发光的效率、相应的辉度、延长使用寿命、降低热效应，以及降低每单位照明的成本等条件，这需要业界做出持续不断的努力。

在使用寿命的方面，目前已经都能够实现4万小时后才开始进入高峰衰退期的使用时间，但这却只能满足照明的最低要求，照明领域所需要的是更高的使用寿命，现在已经有客户要求LED业者提高寿命的要求，要求4万小时是达到高峰期的70%，也就是说高峰衰退期的使用时间是5.7万小时，而整体的使用寿命题将会提高到11.4万小时，比起目前的8万小时增加了近1/3。另一方面，LED的高峰衰退期是根据投入电量和点灯方法的不同有很大的变动，所以不可能明确定义，使得这一方面还是有一些问题存在。具体上白光LED的长寿命化，大多是透过封装材料的改变来达到，例如由目前的环氧树脂变为silicon来防止树脂黄变，在此同时还能够维持光通量，此外还有包括，采用D/B材料和反射结构的劣化防止技术，来达到改善热效应实现低温驱动。

4.2 LED光源主要优势

LED的发光原理是利用半导体中的电子和电洞结合而发出光子，不同于灯泡需要在3000度以上的高温下操作，也不必像日光灯需使用高电压激发电子束，LED和一般的电子组件相同，只需要2～4伏特(V)的电压，在常温下就可以正常动作，因此其寿命也比传统光源来得更长，可达10万小时以上(目前产业化的国外可达3~5万小时)。

白炽灯的发光效率是8--15 lm/ W左右，普通T-8卤素荧光灯光效可达40 lm/ W，T-5高效荧光灯可以达到80 lm/ W，LED光效可达200lm/w，LED还有毫秒级的通断时间，这也是一般应用光源无法达到的。

LED所发出的颜色，主要是取决于电子与电洞结合所释放出来的能量高低，也就是由所用的半导体材料的能隙所决定。同一种材料的波长都很接近，因此每一颗LED的光色都很纯正，与传统光源都混有多种颜色相比，LED可说是一种数字化的光源。

LED芯片大小可以因用途而随意切割，常用的大小为0.3～1mm左右，跟传统的灯泡或日光灯相比，体积相对小得多。为了使用方便，LED通常都使用树脂包装，做成5mm左右的各种形状，十分坚固耐震。

4.3 LED手机市场前景

就手机上应用LED来说，主要可分为四大类，第一类为来电指示灯，约使用1颗；第二类是手机附数字相机可搭配闪光灯，约使用一颗；第三类为屏幕背光源约使用2-6颗，第四类为按键背光源约使用6-10颗，所以一共加起来最少约要10~12颗LED，而最高阶的机种可能会达到19~20颗LED，可见手机对LED产业的贡献度。

从全球销售额来看，2005年手机市场占比高达62%，从量上看，手机市场占比也达18%，手机市场当之无愧是推动LED产业的第一波浪潮。尽管手机市场仍在增长，但增长日趋缓慢；另一方面，各种新型具有多种附加功能的手机越来越多，手机功耗大，对手机节能的要求越来越强烈，这将推动能耗更低的OLED面板对TFT LCD面板的替代，而OLED是主动发光，不需要背光，对LED的需求趋降。

综合来看，手机市场目前仍是LED的主要市场，但手机市场的影响力在下降，LED成长需要新的应用市场的推动，白光LED进入一般通用照明市场预计2010后才会真正来临，现阶段有两个“整装”市场潜力大—笔记本、液晶显示器及液晶电视的背光与汽车内饰背光及前后灯市场。

4.4 LED NB及液晶电视背光市场前景

4.4.1 LED背光技术领先优势

LED作为LCD的背光源，与传统背光技术相比，除了在色域范围的优势外，还有很多独特的优点，归纳为十个方面：

节能。目前，照明消耗约占整个电力消耗的20%，同样照明效果的情况下，耗电量是白炽灯泡的八分之一，荧光灯管的二分之一。美国、日本等国家和台湾地区对LED照明效益进行了预测，美国55%白炽灯及55%的日光灯被LED取代，每年节省350亿美元电费，每年减少7.55亿吨二氧化碳排放量；日本100%白炽灯换成LED，可减少1～2座核电厂发电量，每年节省10亿公升以上的原油消耗；台湾地区25%白炽灯及100%的日光灯被白光LED取代，每年节省110亿度电。

LED背光源有更好的色域。其色彩表现力强于CCFL背光源，可对显示色彩数量不足的液晶技术起到很好的弥补作用，色彩还原好；LED的使用寿命可长达10万小时。即使每天连续使用10个小时，也可以连续用上27年，大大延长了液晶电视的使用寿命，可获得对等离子技术压倒性的优势；亮度调整范围大。实现LED功率控制很容易，不像CCFL的最低亮度存在一个门槛。因此，无论在明亮的户外还是全黑的室内，用户都很容易把显示设备的亮度调整到最悦目的状态；完美的运动图像。传统CCFL灯管的闪烁发光频率较低，表现动态场景可能产生画面跳动。

LED背光可以灵活调整发光频率，而且频率大大高于CCFL，因此能完美地呈现运动画面；实时色彩管理。由于红绿蓝3色独立发光，容易精确控制目前的显示色彩特性；可以调整的背光白平衡，同时保证整体对比度。当用户的视频源在计算机和DVD机间切换时，可以轻松在9600K和6500K间调整白平衡，而且不会牺牲亮度和对比度；可以为大尺寸屏幕提供连续面阵光源。LED是一种平面状光源，最基本的发光单元是3～5mm边长的正方形封装后，极容易组合在一起成为既定面积的面光源，具有很好的亮度均匀性，如果作为液晶电视的背光源，所需的辅助光学组件可以做得非常简单，屏幕亮度均匀性更为出色；安全。LED使用的是5～24V的低压电源，十分安全，供电模块的设计也颇为简单；环保。LED光源没有任何射线产生，也没有水银之类的有毒物质，可谓是绿色环保光源；抗震。平面状结构让LED拥有稳固的内部结构，抗震性能很出色。

在液晶显示器已经成为主流显示器的今天，LED背光源凭借其独特、压倒性的优势，逐渐显示出强大的应用前景。

4.4.2 LED背光源现在存在的问题

LED背光技术就象许多新型技术一样拥有许多诱人的优点，但LED要想占据大尺寸LCD背光源的主流，目前还需要解决一些技术难点。通过表的对比，我们已经发现LED在功耗方面处于劣势，除此之外还存在成本高、一致性差等问题。

1)目前LED的发光效率较低，与同等尺寸CCFL背光源相比耗电量高。目前CCFL的输出光通量多在5000～7000lm范围，实际屏幕的输出光通量高于300lm，而多数LED背光都还无法达到这一指标。不过，现在全球有大量的企业从事相关研究，LED发光效率提升相当之快，目前光通量达到10000lm的高亮型LED背光也已经出现，相信离成熟仅是咫尺之遥；2)成本太高、价格昂贵，同等尺寸的背光源，LED是CCFL价格的4倍。对于目前价格竞争激烈的市场而言，让厂家有些望而却步，只有索尼为了图像质量不计成本。当然，随着工艺的成熟和生产规模的增加，LED背光的成本会逐步下降；3)用LED作为背光源存在白光的一致性问题，这比起CCFL是个劣势；4)LED在网点设计上较线性光源CCFL难，需考虑LED辐射状的光强衰减；5)RGB LED背光源时间一久会产生色移，波长会随温度变化，产生不同颜色。

此外，散热、光源均匀性、以及LED芯片发光效率也是目前液晶面板厂商不太采用的原因之一。目前，使用LED作为背照灯光源的大尺寸液晶面板模块产品仅有少量。Displaybank表示，这是因为显示器领域的价格竞争激烈，必须把降低成本放在第一位。今后，LED背照灯的普及速度取决于何时能够解决目前LED背照灯所拥有的散热困难、均一性差和LED芯片发光效率低等问题。

4.4.3 LED液晶用背光前景

应用在液晶面板背光的LED，会依据点灯方式是直下还是侧光式，用途是电视还是电脑荧幕，都更有不同。对于辉度的要求方面，电视会比电脑荧幕高，侧光式背光的话就会使用白光LED，如果是要求高辉度、高演色性的电视就会使用直下式背光。电脑荧幕的话，一般都使用侧光方式的RGB点灯，但是电视的话，采用白色直下和RGB侧光的方式不同，就热门程度而言，现在在LED市场上备受关注的是使用白光LED侧光方式的液晶用背光领域。

使用白光LED侧光方式的背光，其优点是可以达到PC本体的薄型化、轻型化，延长电池寿命等等的特色，但现在的白光LED的红色spectre比较弱，有色再现性不足的缺点，但是对电脑荧幕画面，尤其是笔记型电脑，要求与电视同样高演色性的使用者不多，所以在这一方面色再现不会成为一个大问题，而且如果真有高演色性方面的需求，也可以使用RGB3原色背光和在白光LED的Rail配列中，利用定点混合红色LED的方法等等来解决，相信在未来，电脑荧幕用光源对于白光LED做为背光源的采用将会更加扩大。

另一方面，电视用RGB背光的市场化则相当被看好，目前已经有相当多的业者将RGB3原色LED背光液晶电视商品化了，但是要将这些三原色的背光完全成为主流技术，需要解决的问题还很多，相信还需花费数年来解决这些问题。这是因为3原色背光的根本性问题在于成本，由于电视背光需要高辉度，所以使用的必须是1W以上的高辉度LED，而且因为是直下式的方式，所以在LED的使用数方面，也会因为面板面积而大幅度的增加，在加上为了色调同一，数百个LED全部都需根据发光波长严格选定，光是LED成本就很高。使用时还有冷却LED的散热鳍片和冷却风扇等解决热效应零件的成本，另外还需要调整各LED色差的RGB色度Sensor，以及将Sensor侦测出的内容送回LED的SensingAlgorithm等周边电路的成本，并且因为大量使用高辉度LED，导致的驱动电流的增加也是一大问题，所以以现今而言能够完成低价化还比较困难。

除了成本之外，也有一些问题需要克服，例如影像播放讯号的高解析度范围，现在的影像播放讯号只能发挥LED的3原色背光最基本演色解析度，因此要将3原色背光的潜能发挥出来，就必须强化内容高解析度，因此在目前的环境下，使用RGB3原色的背光是有点大材小用。因此，未来如果期望将3原色背光面板完全市场化的话，前提是必须降低成本，并且提高品质，建立採用新的全彩高解析色资讯的播放规格，并且基于这个规格来普及影像内容，所以现在说3原色背光已经市场化，其实还是言之过早，但是相信使用3原色背光的LCD面板，将来会达到实用化应该是毫无疑问的。

目前，使用LED作为背照灯光源的大尺寸液晶面板模块产品仅有少量。这是因为显示器领域的价格竞争激烈，必须把降低成本放在第一位。今后，LED背照灯的普及速度取决于何时能够解决目前LED背照灯所拥有的散热困难、均一性差和LED芯片发光效率低等问题。

目前的技术条件下，CCFL面板的售价要比LED面板的售价便宜2倍以上，笔记本制造商目前只能在高端的产品中采用LED面板，如果笔记本采用LED背光面板，那么它的整体售价将增加300美元。一般业者认为，当LED背光与CCFL背光价格拉近至1.5倍以内时，LED背光渗透率将快速拉高。

由于成本等问题，虽然目前大多数厂商目前不愿意在笔记本采用LED背光面板，2006年，面向大尺寸液晶面板制造的LED背照灯极少，在统计上几乎为零。但从2007年的第二季度开始，苹果和惠普等公司将推出采用LED背光面板的笔记本电脑，相信随着业界知名品牌的加入，LED背面面板在笔记本中的使用将会越来越普遍。台湾PIDA预测，在2007年年内，10英寸到12英寸笔记本中的的10%将采用LED背光面板，但尺寸更大的笔记本目前仍然不会大量采用LED背光面板，价格昂贵是主要原因之一。

而韩国Displaybank发表了大尺寸液晶面板用发光二极管(LED)背照灯的全球市场预测，对象包括液晶显示器、笔记本电脑、液晶电视等。该公司预测到2007年，将达到约510万台，占整个背照灯市场的1.5%，2008年达到约1900万台和占市场的4.8%，2009年达到4210万台和9.6%，2010年将迅速增加到约6780万台和14.1%，2010年LED背照灯在金额上会达到45亿9900万美元，占总体的25.4%。

所以NB和液晶电视面板背光将成为推动全球LED产业成长的新的推动力，由于NB及液晶电视面板主产地在台湾地区、韩国和日本，这些地区LED产能强大，且不断有新的产能加入，如台湾鸿海、佳总、联茂这些电子产业大厂将进入LED产业，大陆面板产能较低，在这一波推进潮中获益估计有限。但如果国内下游液晶电视整机厂自建面板模组厂的话，将推动国内背光对LED新的需求，长远需求前景看好，目前国内只有TCL有自建液晶模组厂的规划，产能为250万台/年，2009年投产。

4.5 LED在汽车领域的应用前景

在车用数量方面，每台车分别需要100颗(内部)、200颗(外部)。内部应用如仪表板、阅读灯，外部应用则为尾灯、煞车灯、方向灯、头灯等。目前全车内部采用LED的车厂家几乎全为欧洲的公司；而在外部照明使用LED方面，欧系及日系汽车将第三刹车灯改成LED的比率已超过80%。

车用领域最大的课题是将LED应用在汽车的头灯，例如在日本市场，由于受到法律的限制，无法在头灯使用LED。但是，这样的限制将在2007年开始出现转机，从2007年开始可以将LED应用在概念车上，从2008年开始，更可以扩大使用LED来作为头灯，并且在2010年以后应该可以以允许开始正式使用。从元件的性能来看，目前的白光LED已经可以代替卤素灯了，最大的挑战是如何取代HID。但是随着技术的发展，相信到2010年，LED将会有机会在亮度和成本两方面与HID进行竞争。

从基本来看，在汽车头灯使用LED的优点很多，首先是使用寿命，尽管与前述的LED的高峰衰减期也有一些关系，但是汽车的头灯不是平常的照明，所以与一般照明用途不同；接下来是设计的灵活度，头灯内的纵深将变薄，正面可以用来全面照明，使得设计的弹性度增加，而且因为LED是比较指向性强的光源，所以作为照明可以进行设计简单化和轻型化，除此之外，透过与可视光通讯技术的结合，非常有可能成为安全行驶用的资讯通讯元件。

在头灯之外，LED在汽车的应用也逐渐地增多，尾灯、方向灯和雾灯等外部照明，还有车内灯、脚灯、仪表板用灯、导航设备用的液晶背光，和其他自动设备的操作面板，应用可以说是相当的多，当然各个应用领域都有辉度要求，同时对于演色性也有所要求，另一方面也有只要成本低的情况，所以要求各不相同。这彼此之间可以约略的进行区分，例如一般车外灯的要求会是以辉度为主，车辆内装则是以演色性为主。具体来说，头灯是需要光的到达距离，对色再现等等没有明确的要求，而车内灯会因为乘车人讨厌蓝色的光等等因素，所以对演色性的要求很高，而如果应用在仪表板上的LED就和演色性无关，不过却会被要求低辉度和低成本。

以目前来看，在车用领域最大的市场在车内饰背光，其次为车后灯，2006年全球车内饰市场销售额4.2亿美元，车后灯市场为2.2亿美元，预计2010年汽车市场LED总体销售额会达到11.5亿美元。

4.6 LED用于一般照明领域技术与成本制约尚需一段时间

未来LED市场最大的领域就是一般照明市场，如果能够完全代替荧光灯的话，相信就可能有近1000亿美元的潜在市场规模，并且能够应用在更多不同的领域。但是事实上，如果期望LED能够完全取代传统灯源还是有一定的困难。由于LED是点光源，因此在部分的产品可以开始利用LED来代替以往的白炽灯等灯泡，就实际的市场上而言，目前已经有包括吸顶灯、内部照明等开始采用，而市场规模也是逐年扩大之中。但是，在荧光灯等面光源领域的市场发展却较为缓慢，因为如果要把LED作为面光源来利用的话，只能像面板用的背光一样，以直下的方式将LED在固定面上铺满，或者以侧光的方式利用导光板来完成。但是这些方式都很难在发光功率和价格方面代替荧光灯，特别是在一般照明领域需要演色性高，这样一来就需要使用紫外光，或者使用以蓝色LED为基础，配可激发RGB的荧光粉，不过这却会造成发光效率的下降，因此期望满足产业化的100lm/W的照明效率需求还需要一段时间。

半导体照明成本在逐渐下降

该部分为南昌大学江风益教授在《中国电子报》上撰文(11/2005)，对认识LED白光照明成本结构及发展趋势有莫大裨益，在此引用。

半导体照明的技术路线众多，不同技术路线成本不同。就同一种技术路线而言，不同技术水平成本也有明显差异。即使同一种技术路线、同一种技术水平，各生产厂家采用不同的成本控制方法，其结果也会有较大差别。

由于上述问题都给成本预测带来困难，所以要做半导体照明的有关成本预测，对技术方案进行一些假设：首先，蓝光LED激发荧光粉，其中蓝光LED为GaN基多量子阱LED结构；其次，由尺寸为1mm×1mm的芯片封装成单灯；第三，半导体照明灯由若干个单灯简单组合而成；第四，每一个单灯均安装在带有驱动电源、散热性能良好的灯支架上，但驱动电源、支架及装饰部件的成本不计算在固态照明灯成本之内，即仅考虑“灯泡”的成本；第五，芯片发光效率高低和芯片器件所能承受的功率密度大小基本与成本无关。这一假设在一定范围内是成立的。比如，同一家研究单位或企业提高外延生长、芯片制造和器件封装水平，往往可以在不明显增加成本的前提下，通过优化工艺技术而显著提高发光效率和器件所能承受的电流密度；第六，外延生长、芯片制造和器件封装均达到比较理想的90%的合格率。

发光效率为40lm/W时，1W半导体白光灯成本在2.5元以内，光通量为1500lm的半导体白光照明灯，其成本应可控制在93.75元以内；发光效率为200lm/W时，1W半导体白光灯成本在2.5元以内，光通量为1500lm的半导体白光照明灯，其成本应可控制在18.75元以内；发光效率高达200lm/W，同时器件功率密度高达10W/mm2(美国固态照明技术路线图的最高目标)，也就是说使用一颗1mm×1mm的GaN基LED芯片，就可封装成光通量为2000lm的半导体白光灯，它比20W日光灯还亮。此时，比起日光灯、1500lm半导体白光灯的成本更低，其成本主体取决于封装，成本有可能变到5元以下。

一些国家已经对固态照明技术的成本做出了一个规划，例如，美国固态照明技术路线图中就有对成本的目标：首先，到2007年，光通量为200lm的固态白光照明灯(效率为75lm/W)，价格降到4美元以下，即光通量相当于20W白炽灯水平的固态白光照明灯，其单价降到32元人民币左右；其次，到2012年，光通量为1000lm的固态白光照明灯(发光效率为150lm/W)，价格降到5美元以下，即光通量相当于60W白炽灯水平的固态白光照明灯，其单价降到40元人民币左右；第三，到2020年，光通量为1500lm的固态白光照明灯(发光效率为200lm/W)，价格降到3美元以下，即光通量相当于20W日光灯水平的固态白光照明灯，其单价降到24元人民币左右。(注：这一目标可能较早制定，日亚宣布2007年将投产光效为150lm/w的LED产品，全球LED照明产品的研发进程估计大大快于上述目标进程)

目前市场上光通量为30lm～50lm的固态白光单灯(1mm×1mm芯片)，其销售价格约为20元到28元。但实际成本如何呢？在一片直径为50mm的蓝宝石衬底上，GaN基LED的衬底、外延和芯片成本分别为300元、300元和600元，用此外延材料可制造成1600个大小为1mm×1mm的功率型半导体芯片，每个芯片的成本不到1元。目前封装1W半导体白光灯的成本约6元(芯片成本除外)，但批量生产，厂家自己开模，成本控制在1.5元是没有问题的，所以，只要企业规模做上去了，合格率达到预期的目标，1W半导体白光灯成本应在2.5元以内。

这一目标能否达到，外延材料生长、芯片制造和器件封装同样重要。研究工作表明，半导体照明芯片承受功率密度10W/mm2是没有问题的，只要散热条件足够好，而今后的关键问题在于提高外延材料内量子效率，提高芯片出光效率，提高器件封装效率和散热特性半导体白光照明灯要替代白炽灯和日光灯，在外延、芯片和封装等成本上并没有很大困难，即使上述预测成本提高一倍也还是比较乐观的，这里关键的挑战在于能否大幅度提升技术水平。不断提高外延材料的质量，不断提高发光效率，不断提高器件所能承受的功率密度，解决好器件散热问题，半导体照明灯替代白炽灯和日光灯是必然趋势，其价格一定能降到老百姓能接受的程度。近期国内外技术突飞猛进，预示着半导体照明灯进入千家万户的时代会提前到来。

4.7 LED超越传统光源创造更高品质

LED市场是一个尚包含着很多的课题和可能性的领域，正因为如此市场的潜力是相当的大，相信在各领域的努力下，LED大有机会可以超越传统光源，创造更高品质的光源环境。

对于LED的新应用市场来说，早期一般所期待的是车用领域、LCD用背光灯领域，以及代替白炽灯等灯泡，或代替用于室外看板光源功能的一般照明领域，对于这些领域，LED可以说在辉度和演色性两方面都能够满足要求，只不过在部分的技术上还要进行开发和努力。

但是因为LED的技术还在不断的开发中，各种应用的可能性都还是相当的大，相信未来必定会因为发光效率的提高，和价格的降低被开发出更多的新应用领用，例如目前已经有业者开始开发利用LED作为液晶投影机的光源、可视光通讯用的光源等等。此外伴随着这些变化，在封装材料、热传导黏合剂等的封装相关领域也因此而有着相当多的改变，并且出现了相当大的连锁效应。

就如平面显示器实现每英1万日圆的理想一样，就技术与应用而言，白光LED的效能已经逐渐接近在100lm/W下、每流明1日圆的成本目标。以目前技术而言，如果蓝光LED芯片的光输出若能达到360lm/W的话，就有相当大的可能性获得100lm/W输出的白光LED，而这个达到360lm/W蓝光LED芯片的技术以今天而言，已经不再是艰巨的挑战了，Cree在2006年便以发展出光输出高达370lm/W白光LED用蓝光LED芯片。所以一旦360lm/W以上的蓝光LED芯片量产技术确立之后，下一个目标便是开始朝向在白光100lm/W下、每流明1日圆的成本目标发展。更具体化一点来看，如果期望在各领域普及白光LED应用的话，就必须将现在30lm/W的成本降低1/2~1/3。这样一来就必须朝向提高在LED生产和封装时的良率，以及使用材料的改变。不过最好的方法还是透过量产的方式来降低单价，但是为了得到更大的量产效果，终究还是必须增加白光LED在各方面的应用机会。现在各业者都在努力增加白光LED的应用领域，所以才能够使得1ml的成本持续降低，相信在未来数年内1m　的大面积LED晶片的产品和高单价的高阶LED产品，能够有机会到达商品化实用的价格。

在蓝光LED芯片与白光LED技术的迅速推进下，在应用市场方面也获得了相对令人欣慰的回应。白色发光LED的应用，从单颗小型照明应用，不断扩展到液晶面板背光源，并即将敲开车用大灯、屋外照明等各领域的应用大门。根据isuppli市调公司的统计，2006-2008年复合成长率(CAGR)约为111.2%，而2007年LED产品各项应用更将步入高速成长期，整体而言，手机应用已出现成长趋缓，但背光源、车用、户外看板等需求将大幅提升，从2005-2010年之间，背光源、车用、户外看板的年复合成长率分别为55.8%、19.2%、16.5%

led材料技术发展历史

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