是金子總會發(fā)光 LED行業(yè)即將"走紅"

LED產(chǎn)業(yè)介紹

    LED產(chǎn)業(yè)鏈：上游磊晶及芯片制作約占LED產(chǎn)品制造成本7成，其發(fā)光顏色與亮度由磊晶材料決定；下游則封裝晶粒，制成各式LED器件與應(yīng)用產(chǎn)品。

　　LED芯片封裝后可用于照明，由于LED采用半導(dǎo)體制程，LED照明也稱半導(dǎo)體照明，半導(dǎo)體照明完全不同于傳統(tǒng)的白熾燈、熒光燈照明原理，其具有節(jié)能(能耗為白熾燈的1/8~1/10、節(jié)能熒光燈的1/3~1/2)、環(huán)保(可回收、無污染)、可數(shù)字化設(shè)計等優(yōu)勢，是下一代照明光源，可全面替代白熾燈、熒光燈、汽車燈及各種背光源。

　　目前白光LED的發(fā)光效率、可靠性、壽命以及大功率LED封裝等技術(shù)等還需要進一步提高，成本需要降到到合理水平才能進入通用照明市場，從目前全球產(chǎn)業(yè)進程看，這一時間預(yù)計在2010年前后。但在特種照明市場，白光LED照明會提前導(dǎo)入

　　目前從全球來看，手機背光占領(lǐng)LED的大部分市場，在接下來的一波推進潮中，筆記本電腦、高端液晶電視背光及汽車燈將成為LED的新增長點；預(yù)計在2010年左右LED在通用照明應(yīng)用將取得突破。從中國市場看，建筑裝飾照明、室內(nèi)外顯示屏、交通指示是主要應(yīng)用市場，隨著國內(nèi)技術(shù)水平提高與規(guī)模擴大，國內(nèi)企業(yè)在手機背光、NB背光、特種白光照明(包括路燈)、車用LED光源市場的滲透率將持續(xù)提高。而當(dāng)白光通用照明時代來臨時，整個行業(yè)將步入爆發(fā)性增長的發(fā)展階段。

　　國內(nèi)LED產(chǎn)業(yè)可簡化為兩個階段，第一個階段生產(chǎn)除高亮藍綠以外的的各類光色芯片；目前是第二個階段，即在高亮藍綠芯片外延、制程產(chǎn)業(yè)化技術(shù)方面取得突破，這是企業(yè)在LED高亮藍、綠、紅芯片領(lǐng)域領(lǐng)先的重要標(biāo)志。

　　由于白光LED靠藍光芯片+YAG熒光粉封裝出來的，突破藍綠芯片意味著可以生產(chǎn)全色系芯片，意味著突破了產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個關(guān)鍵瓶頸。因此，國內(nèi)部分企業(yè)藍綠芯片的量產(chǎn)意味著國內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展到一個新的階段，上中游產(chǎn)業(yè)發(fā)展進程會加快。

　　海外LED上市公司股價近一年呈現(xiàn)強勁走勢，LED行業(yè)投資機會凸現(xiàn)，中國呢？國內(nèi)幾家優(yōu)秀LED企業(yè)，如大連路明、廈門三安、晶能光電等都沒有上市；上市公司中涉足LED的比較少，其LED產(chǎn)品銷售大多低于10%(聯(lián)創(chuàng)光電( 10.23,-0.12,-1.16%)銷售占比最多，30%，主要銷售集中中下游領(lǐng)域)，因此國內(nèi)投資者暫時還不能分享到LED行業(yè)快速成長帶來的好處。隨著半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，預(yù)計將有越來越多從事半導(dǎo)體照明的公司上市，行業(yè)投資價值值得持續(xù)關(guān)注。

　　從國內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展進程看，行業(yè)有五類企業(yè)具有高投資價值：一類是具有核心知識產(chǎn)權(quán)的企業(yè)，這些企業(yè)具備全球核心技術(shù)專利競爭力；第二類企業(yè)是目前在芯片產(chǎn)業(yè)化及技術(shù)跟蹤方面做得比較成功的企業(yè)，這些企業(yè)將具備全球產(chǎn)業(yè)競爭力；第三類企業(yè)是優(yōu)秀的下游封裝的企業(yè)；第四類企業(yè)將崛起于未來的LED通用照明領(lǐng)域；第五類企業(yè)在LED產(chǎn)業(yè)鏈外圍電子材料領(lǐng)域，如硅片、硅樹脂、封裝用引線框架、散熱模塊等；以及LED驅(qū)動芯片領(lǐng)域。

　　目前全球初步形成以亞洲、北美、歐洲三大區(qū)域為中心的LED產(chǎn)業(yè)格局，以日本日亞、豐田合成、美國Cree、Lumileds和歐洲Osram為專利核心的技術(shù)競爭格局，這五大企業(yè)之間通過交互授權(quán)避免專利糾紛，其它企業(yè)則通過獲得這些企業(yè)的單邊授權(quán)避免專利糾紛，五大企業(yè)各具優(yōu)勢，但都專注于各自領(lǐng)域的高端市場，其它企業(yè)則角逐中高端、中低端乃至低端市場，構(gòu)成產(chǎn)業(yè)的中心—外圍格局。

　　作為朝陽產(chǎn)業(yè)，半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的技術(shù)仍在處于不斷進步過程中，特別是關(guān)系到全球近1000億美元的通用照明市場的半導(dǎo)體照明白光技術(shù)還需進一步成熟，所以，盡管日本日亞及豐田合成、美國Cree與Lumileds、歐洲Orsram在世界半導(dǎo)體照明專利市場上暫時處于技術(shù)壟斷地位，但全球半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)競爭格局還并未完全形成，這不僅指這五大巨頭相互之間的競爭格局還未形成，也包括新的技術(shù)涌現(xiàn)會打破這五大巨頭的技術(shù)壟斷，還包括目前圍繞這五大巨頭的全球其它公司的競爭格局更不能說已經(jīng)穩(wěn)定，中國市場也不例外。

　　未來的產(chǎn)業(yè)競爭將取決于兩方面，一是技術(shù)，這包括提高發(fā)光效率、降低成本的技術(shù)，提高器件功率的技術(shù)，方向上有現(xiàn)有技術(shù)路線的延伸，也有可能出現(xiàn)新的技術(shù)路線；也包括獲得高質(zhì)量產(chǎn)品的工藝技術(shù)，如提高可靠性、一致性和壽命，以及外圍如照明系統(tǒng)設(shè)計及驅(qū)動芯片設(shè)計技術(shù)；二是規(guī)模，一方面是由于規(guī)模大可以降低成本，市場議價能力強；另一方面，化合物外延片與集成電路制造用的硅片很大不同在于即使同一片外延上制作出來的芯片性能也可能有較大差別，這對一致性要求比較高的應(yīng)用領(lǐng)域(典型的如液晶面板背光)而言，一片外延上只有一部分符合要求，但對規(guī)模大的企業(yè)而言，其有多層次的市場結(jié)構(gòu)，可以將不符合某一市場要求的芯片產(chǎn)品調(diào)配至另一市場，公司總的產(chǎn)出效率得到充分提高。

LED產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀分析

全球LED產(chǎn)業(yè)概況

　　目前，半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)形成以美國、亞洲、歐洲三大區(qū)域為主導(dǎo)的三足鼎立的產(chǎn)業(yè)分布與競爭格局，美國Cree、Lumileds，日本日亞(Nichia)、豐田合成(Toyoda Gosei)，德國Osram等壟斷高端產(chǎn)品市場。

　　五大企業(yè)在產(chǎn)品與市場方面各具特色，日亞化學(xué)和豐田合成在LED發(fā)展中占有重要地位，都形成了LED完整的產(chǎn)業(yè)鏈，其中日亞化學(xué)1994年第一個生產(chǎn)出藍光芯片，并在專利技術(shù)方面具有壟斷優(yōu)勢；Cree、GelCore等都有自己成熟的技術(shù)體系，但其在產(chǎn)業(yè)鏈上只集中在外延和芯片的制備上；Lumileds則關(guān)注于大功率LED的研發(fā)，在白光照明領(lǐng)域?qū)嵙π酆瘛?/P>

　　新加入業(yè)者的生產(chǎn)能力、技術(shù)能力與LED老將即將并駕齊驅(qū)。就像臺灣已經(jīng)是日美歐以外，白光LED的主要產(chǎn)地，更是藍光LED芯片的重要量產(chǎn)地。例如部分臺灣業(yè)者在高亮度藍光LED芯片已開發(fā)出1700mcd，而1400mcd也達到了出貨階段。所以就產(chǎn)品產(chǎn)出能力與質(zhì)量技術(shù)而言，已經(jīng)不遜色于傳統(tǒng)LED大廠。

　　全球LED市場第一波銷售成長由手機帶動，在白光LED在一般通用照明市場發(fā)力之前，恐需NB、液晶電視背光及汽車內(nèi)飾與后燈市場扛起第二波銷售成長大旗，而一旦成本降到并且質(zhì)量達到一般通用照明水平，其增長不可限量。

國內(nèi)LED設(shè)備產(chǎn)業(yè)狀況

　　至于大陸LED產(chǎn)能方面，廈門三安MOCVD 12臺，紅黃芯片產(chǎn)能為1000KK/月，藍綠200KK/月，國內(nèi)最大，初步具備國際競爭規(guī)模；上市公司中士蘭微( 11.20,-0.05,-0.44%)MOCVD目前2臺，8月再進2臺，明年進兩臺，總數(shù)達6臺，產(chǎn)能達到高亮藍、綠、紅芯片300kk/月；聯(lián)創(chuàng)光電MOCVD2臺，LPE普亮紅、綠機臺4臺，年產(chǎn)芯片100億粒，其MOCVD機臺目前主要用于研發(fā)；深圳方大MOCVD三臺，年產(chǎn)外延2.5~3萬片，年產(chǎn)藍綠芯片約3億粒，產(chǎn)能不大。

　　其它未上市LED企業(yè)，產(chǎn)能統(tǒng)計比較困難，缺乏準(zhǔn)確性，初步了解信息大連路美產(chǎn)能為藍綠芯片100kk/月，其主要產(chǎn)能可能在控股子公司美國AXT；上海藍光被彩虹集團并購后2008年規(guī)劃產(chǎn)能150kk/月藍綠芯片，2010年達到250kk/月。

　　值得關(guān)注清華同方旗下“清芯光電”，該公司可自行研制LED生產(chǎn)線的核心設(shè)備MOCVD機臺，這樣其采購成本、維護成本大大低于原裝進口設(shè)備，并且有助于公司提高產(chǎn)品研發(fā)能力(日本日亞就全部用自己改裝的機臺，由于熟悉設(shè)備性能，在外延制備上靈活性增強)。2006年7月，清芯光電的MOCVD設(shè)備調(diào)試一次通過，生產(chǎn)出合格產(chǎn)品；2006年8月外延片、芯片生產(chǎn)線落成投產(chǎn)。據(jù)稱目前公司能夠批量生產(chǎn)發(fā)光效率平均達到59lm/W的白光LED，該指標(biāo)達到國際產(chǎn)業(yè)化先進水平。

　　2007年3月同方股份( 34.89,0.27,0.78%)加大投入力度，通過增資取得控股地位。目前清芯光電有兩臺MOCVD設(shè)備，月產(chǎn)1000萬粒芯片。根據(jù)公告，通過同方股份向其提供的不高于2000萬美元的擔(dān)�；蛸Y金支持，清芯光電將分批添置13臺MOCVD設(shè)備，總共形成15條生產(chǎn)線，最終形成年產(chǎn)16億粒(12mil)高亮度LED管芯的產(chǎn)能，其產(chǎn)業(yè)化能力與市場開拓能力還需要觀察。

全球主要幾大LED生產(chǎn)商

全球主要LED大廠

　　日亞化工是GaN系的開拓者，在LED和激光領(lǐng)域居世界首位。在藍色、白色LED市場遙遙領(lǐng)先于其他同類企業(yè)。它以藍色LED的開發(fā)而聞名于全球，與此同時，它又是以熒光粉為主要產(chǎn)品的規(guī)模最大的精細化工廠商。它的熒光粉生產(chǎn)在日本國內(nèi)市場占據(jù)70%的比例，在全球則占據(jù)36%的市場份額。熒光粉除了燈具專用的以外，還有CRT專用、PDP專用、X光專用等類型，這成為日亞化工擴大LED事業(yè)的堅實基礎(chǔ)。除此以外，日亞化工還生產(chǎn)磁性材料、電池材料以及薄膜材料等精細化工制品，廣泛地涉足于光的各個領(lǐng)域。

　　在該公司LED的生產(chǎn)當(dāng)中，70%是白色LED，主要有單色芯片型和RGB三色型兩大類型。

　　此外，該公司是世界上唯一一家可以同時量產(chǎn)藍色LED和紫外線LED兩種產(chǎn)品的廠商。以此為基礎(chǔ)，日亞化工不斷開發(fā)出新產(chǎn)品，特別是在SMD(表面封裝)型的高能LED方面，新品層出不窮。

　　日亞以銷售LED封裝產(chǎn)品為主，并不對外銷售外延或芯片產(chǎn)品，并通過對藍光和白光LED專利的壟斷來建構(gòu)進入障礙，幾乎壟斷整個可攜式產(chǎn)品的白光LED市場，并獲取巨大利潤。

　　以藍色、白色LED市場的擴大為起爆劑，日亞化工的總銷售額也呈現(xiàn)出逐年上升的勢頭，由1996年的290億日元增長到2006年的2000億日元。這期間，熒光粉的銷售額每年基本穩(wěn)定在300億日元左右。2006年全球LED市場約為7335億日元，因此，日亞化工占據(jù)了約27.3%的全球市場份額。

　　豐田合成(株)

　　如果將LED比喻為汽車，那么可以說，日亞化工提出了車輪和發(fā)動機的概念，而豐田合成則提出了車體和輪胎的概念。1986年，受名譽教授赤崎先生的委托，豐田合成利用自身在汽車零部件薄膜技術(shù)方面的積累，開始展開LED方面的研發(fā)工作。1987年，受科學(xué)技術(shù)振興事業(yè)團的開發(fā)委托，豐田合成成功地在藍寶石上形成了LED電極。因此，把豐田合成譽為“藍色LED的先鋒”并不為過。

　　豐田合成在近年來的發(fā)展速度也相當(dāng)快。1998年，其銷售額為63億日元，但到2006年，已增長至276億日元。

　　在應(yīng)用方面，手機占了72%，此外應(yīng)用較多的還有液晶背光、按鍵、背面液晶背光(3in1)等，信號設(shè)備、大型顯示屏等方面的應(yīng)用也比較多。此外，汽車導(dǎo)航系統(tǒng)和電腦專用液晶控制器、TV專用大型液晶的背光等也是豐田化合的目標(biāo)市場。照明應(yīng)用方面的設(shè)計開發(fā)也正在緊鑼密鼓之中。豐田化合的生產(chǎn)據(jù)點除了愛知縣平和町的工廠以外，還在佐賀縣武雄市建立了生產(chǎn)藍色LED等GaN LED的第二個生產(chǎn)據(jù)點，其設(shè)備投資總額達156億日元，屆時兩個工廠的總生產(chǎn)能力可達到月產(chǎn)4.2億個，其目標(biāo)是2008年LED的銷售額達到1200億日元。

　　Cree

　　Cree公司建于1987年，位于美國加利福尼亞洲。主要從事SiC，GaN和Si襯底的開發(fā)，是美國寬禁帶材料和器件的領(lǐng)導(dǎo)者，也是生產(chǎn)GaN材料的最大公司之一。最突出的還是他們對藍光LED方面的貢獻，公司在SiC襯底上生長GaN外延片制作藍光上擁有專利，該專利不同于日亞以藍寶石為襯底生長GaN外延制作藍光的專利，而藍光是生成白光的基礎(chǔ)，因而在LED上游也占據(jù)核心地位。公司的產(chǎn)品包括綠光、藍光和紫外光LEDs，近紫外激光、射頻和微波半導(dǎo)體設(shè)備，電源轉(zhuǎn)換設(shè)備和半導(dǎo)體集成芯片。這些產(chǎn)品的目標(biāo)應(yīng)用包括固態(tài)照明、光學(xué)存儲、無線基礎(chǔ)和電路轉(zhuǎn)換等。公司的大部分利潤來自于LED產(chǎn)品和SiC、GaN材料的生產(chǎn)，產(chǎn)品銷往北美、歐洲和亞洲。

　　Lumileds

　　創(chuàng)建于1999年，Lumileds照明是世界著名的LED生產(chǎn)商，在包括自動照明、計算機顯示、液晶電視、信號燈及通用照明在內(nèi)的固態(tài)照明應(yīng)用領(lǐng)域中居領(lǐng)先地位。公司獲得專利的Luxeon是首次將傳統(tǒng)照明與具有小針腳、長壽命等優(yōu)點的LED相結(jié)合的高功率發(fā)光材料。

　　公司也提供核心LED材料和LED封裝產(chǎn)品，每年LEDs的產(chǎn)品達數(shù)十億只，是世界上最亮的紅光、琥珀光、藍光、綠光和白光LED生產(chǎn)商。公司總部在加利福尼亞州的圣荷塞，在荷蘭、日本和馬來西亞有分支機構(gòu)，并且擁有遍及全球各地的銷售網(wǎng)絡(luò)。

　　Lumileds的前身是40年前惠普公司的光電子事業(yè)部，是惠普的專家們從無到有創(chuàng)建的。到了90年代后期，在意識固態(tài)發(fā)光的前景后，惠普和當(dāng)時世界上最大的照明設(shè)備公司之一的飛利浦公司開始了如何一起發(fā)展最新的固態(tài)照明技術(shù)并引入市場的計劃。1999年惠普公司一分為二，她的光電子事業(yè)部被安捷倫技術(shù)公司收購，同年11月，巨大的市場潛力促使安捷倫和飛利浦組成了Lumileds公司，賦予其開發(fā)世界上亮度最大的LED發(fā)光材料的使命，并向市場推廣。今天的Lumileds，作為一個安捷倫科技和飛利浦照明的合資公司，繼續(xù)領(lǐng)導(dǎo)著世界固態(tài)照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。該公司的Luxeon功率光源專利技術(shù)率先把傳統(tǒng)照明的亮度與LED的小巧體積、超長壽命及其它優(yōu)勢結(jié)合了起來。Lumileds每年LED的產(chǎn)量達十億只，并提供核心LED材料和LED封裝。

　　近期，在收購Lumileds和TIR Systems之后，飛利浦電子又收購了LED照明系統(tǒng)供應(yīng)商Color Kinetics，此舉幫助這家荷蘭電子巨頭完成覆蓋整個固態(tài)照明系統(tǒng)價值鏈的布局。

　　Lumination

　　GELcore是GE照明與EMCORE公司的合資公司，創(chuàng)建于1999年1月，總部位于美國新澤西州。2007年2月，GELcore改名Lumination，公司致力于高亮度LED產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)。通過把GE先進的照明技術(shù)、品牌優(yōu)勢和全球渠道與EMCORE權(quán)威的半導(dǎo)體技術(shù)相結(jié)合，GELcore已經(jīng)在轉(zhuǎn)變?nèi)藗儗φ彰鞯恼J(rèn)識過程中扮演了重要的角色。GELcore幾乎涉足所有GaN LED相關(guān)產(chǎn)品，現(xiàn)有的產(chǎn)品包括大功率LED交通信號燈、大型景觀燈、其他建筑、消費和特殊照明應(yīng)用等。通過把電子、光學(xué)、機械和熱能管理等各個領(lǐng)域的技術(shù)相結(jié)合，GELcore加快了LED技術(shù)的應(yīng)用并創(chuàng)造了世界級的LED系統(tǒng)。另外，GELcore還利用獨特的客戶管理系統(tǒng)來和那些LED專家和產(chǎn)品應(yīng)用客戶保持長期的友好關(guān)系。

　　Osram

　　OSRAM是全世界最大的兩個照明生廠商之一。建于1919年，最大的股東為Siemens AG，總部位于慕尼黑，在全世界擁有超過36,000的員工。OSRAM商標(biāo)早在1906年注冊，到目前為止是世界公認(rèn)的歷史最悠久的商標(biāo)名稱之一。

　　Osram擁有有別于日亞(藍光+YAG熒光粉)的藍光+TGA熒光粉白光專利技術(shù)，開發(fā)出采用SiC襯底的GaN型光電器件，采用藍光LED芯片和黃熒光粉組合產(chǎn)生白光LED，在大尺寸LCD背光源、白光照明和車用LED產(chǎn)品上具有優(yōu)勢。Osram主要的經(jīng)營領(lǐng)域在歐洲市場及汽車用白光LED市場，與日亞化學(xué)有明顯市場區(qū)隔。

　　Color Kinetics(CK)

　　公司組建于1997年，總部位于馬薩諸塞州的波士頓市，其在智能固態(tài)照明系統(tǒng)及技術(shù)設(shè)計、市場開發(fā)方面處于行業(yè)領(lǐng)先地位，并獲得了相關(guān)技術(shù)的許可權(quán)。公司的獲獎系列產(chǎn)品利用LED的實用及美觀性能，在高性能燈具及OEM許可應(yīng)用中，突破了傳統(tǒng)光源的局限。其產(chǎn)品及技術(shù)優(yōu)勢使其在數(shù)碼智能方面獲得了一項稱為Chromacore(R)的專利，這項專利可用來產(chǎn)生并控制數(shù)以百萬計的LED燈光顏色及動態(tài)效果，應(yīng)用于舞臺照明和景觀照明。

　　CK公司自誕生以來，智能特性一直是CK陣營的主要手段，合作伙伴的戰(zhàn)略能夠提供給新加入者卓越的范例。當(dāng)將數(shù)字智能技術(shù)用于基于高亮度二極管的數(shù)百萬顏色的產(chǎn)生與控制時，CK公司顯然是該領(lǐng)域的驅(qū)動者，他們的智能文件夾包括32項已授專利和120多項正在申請的專利。CK公司采取公開、積極的方式與那些認(rèn)識到智能固體照明的價值及其普遍深入的應(yīng)用前景的制造商形成委托加工與許可的關(guān)系，以促進剛剛起步的固體照明工業(yè)的發(fā)展。目前CK公司在英國、中國都設(shè)有辦事處，在日本還成立了一家合資公司。

全球LED專利概況及LED展變化特點

　　就技術(shù)而言，LED具有技術(shù)成長瓶頸高，學(xué)習(xí)門坎低特性；初始投資額也不大，資本門檻不高，為了保持技術(shù)競爭力，降低技術(shù)外溢風(fēng)險，專利為最好的保護傘。而專利屏障，對于是領(lǐng)先廠商規(guī)避競爭的主要手段，因此專利成為LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中不能回避的重要課題。

　　龐大的市場潛力，刺激著全球LED業(yè)者積極搶進，面對市場成長快速的白光LED，在各方面都已經(jīng)超越這些關(guān)鍵專利擁有的LED業(yè)者控制的范圍，所以擁有關(guān)鍵專利的業(yè)者也絞盡心力的利用專利保護傘，來維護市場利益與排除新挑戰(zhàn)者的加入。

　　如日亞化學(xué)工業(yè)在1993年時成功地開發(fā)出藍光LED，而該公司為了達完全壟斷藍光LED市場的企圖霸心，即運用了堅守專利的策略，悍然拒絕將該專利授權(quán)給其它任何的廠商，設(shè)下進入市場的專利障礙。日亞挾其在化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域長期研發(fā)的優(yōu)勢與專利保護策略，初期很順利走向壟斷藍光LED市場之路，如同風(fēng)云中的雄霸一般，野心想獨吞天下。1998年競爭對手豐田合成(Toyoda Gosei)的氮化物(Nitride)高亮度LED產(chǎn)品在市場上一推出時，日亞就向東京地方法院提起訴訟，指控豐田合成侵害其藍光LED專利。在1999年，日亞再轉(zhuǎn)移目標(biāo)對準(zhǔn)美國的知名藍光LED大廠Cree，向東京地方法院指控Cree在日本當(dāng)?shù)亟?jīng)銷商住友商事侵害其產(chǎn)品專利。2000年12月12日，Cree和日本半導(dǎo)體制造商Rohm公司組成藍光LED的技術(shù)聯(lián)盟，并簽訂五年的專屬專利授權(quán)合約。Rohm即于同年12月15日向美國賓州東區(qū)地方法院指控日亞因制造與銷售氮化鎵LED產(chǎn)品，而侵害其美國第6084899與第6115399號專利，最后日亞敗給了Cree。而在2006年日亞發(fā)動9起專利訴訟，5起和解收場，三起未決，一起失敗。

　　時至今日，五大公司Nichia、Osram、Toyoda Gosei、Cree和Lumileds幾乎控制了整個白光LED產(chǎn)業(yè),這里專利密集，可以說是雷區(qū)重重，使得想進駐這一領(lǐng)域的其他商家憂慮重重、望而卻步。盡管如此，很多公司還是極力爭取在此領(lǐng)域占有一立足之地，白光LED的廣泛、快速應(yīng)用，以及各大公司在此領(lǐng)域的大力投入，專利侵權(quán)、交叉授權(quán)等法律事務(wù)不斷發(fā)生。

　　國外大廠在LED的專利布局分為三大類：藍光晶粒專利、白光熒光粉封裝專利及高功率LED專利。由于白光熒光粉專利在舉證時較為容易，過去廠商的侵權(quán)多來自于此，影響層面以LED下游封裝廠為主。近來高功率LED應(yīng)用于LCD面板背光的形式逐漸形成，高功率封裝的專利極可能成為繼白光熒光粉專利后專利訴訟的主要標(biāo)的。

專利集中度日降

　　，大廠之間交互授權(quán)成為發(fā)展主流

　　在2002年以前，日亞憑借1991年至2001年間取得的74件基本專利，主要依靠構(gòu)建專利壁壘及專利訴訟阻止其它廠商進入市場與其競爭，以獲取高額的獨占市場利益。

　　隨著Osram、豐田合成(Toyoda Gosei)、Cree、Lumileds等公司在LED領(lǐng)域擁有的專利數(shù)不斷增加，2001年起日亞在專利訴訟方面遭到挫敗，使其不得不更改專利授權(quán)的態(tài)度，分別與上述公司達成了專利和解和授權(quán)協(xié)議。隨著擁有核心專利的公司進一步增多，日亞、Osram、豐田合成、Cree等專利壟斷公司都更加積極地通過專利授權(quán)擴大自身在LED市場的影響力，并通過臺灣及韓國企業(yè)的授權(quán)代工來擴大產(chǎn)品的市場份額。

　　同時，技術(shù)的快速發(fā)展也迫使技術(shù)領(lǐng)先企業(yè)放棄了獨自發(fā)展的念頭，轉(zhuǎn)而趨向多邊技術(shù)合作。

　　最明顯的是日亞化學(xué)，其在2002年還希望只靠自身的技術(shù)繼續(xù)白色LED的開發(fā)，但現(xiàn)在為了進一步發(fā)展白色LED市場，轉(zhuǎn)而趨向有效利用多方的專利合作，來提高技術(shù)和產(chǎn)品開發(fā)速度。日亞宣布放棄404專利，在很大程度上也是出于這種考慮，另一方面，隨著專利期限的步步逼近，這些擁有關(guān)鍵技術(shù)專利的LED業(yè)者領(lǐng)悟到若繼續(xù)采取訴訟策略，對日益薄弱的專利期限保護傘是無益的，因為在既有市場下，面臨臺灣與韓國業(yè)者的猛烈攻勢，包括日亞化學(xué)、OSRAM等等的這些傳統(tǒng)業(yè)者若堅持死守，勢必會面臨更艱巨的挑戰(zhàn)，此外也因為繁復(fù)及冗長的訴訟程序，間接的弱化了開發(fā)新技術(shù)的力量。所以激烈的技術(shù)競爭環(huán)境下，出現(xiàn)歐美以及日本等等主要LED業(yè)者一改過去的市場策略，例如包括日亞、豐田合成、Cree、飛利浦、OSRAM等業(yè)者積極采取相互授權(quán)，來回避專利問題，平息彼此糾紛。而在截至2003年以前，這些業(yè)者為了維護本身的立場，而熱中專利侵權(quán)訴訟，也因為如此，使得其它的業(yè)者，包括LED封裝業(yè)者、LED應(yīng)用業(yè)者等等也無端的被卷入訴訟洪潮之中。因此可以發(fā)現(xiàn)從2002-2003年開始，令人注目的各訴訟案件，逐漸以交換授權(quán)等等的和解方式收場。

　　新入業(yè)者帶來訴訟風(fēng)潮LED老將改變策略—擴大單邊授權(quán)委托生產(chǎn)

　　與LED大廠相互之間交互授權(quán)“以和為貴”不同，新入業(yè)者在發(fā)展初期帶來訴訟風(fēng)潮。隨著臺灣與韓國LED廠商的成長，專利權(quán)的紛爭更明顯，甚至于本來并無直接紛爭的傳統(tǒng)LED大廠，也因此間接性被卷入訴訟案，例如OSRAM Opto控告接受日亞化學(xué)白光LED授權(quán)的CITIZEN電子、以及控告接受Cree白光LED相關(guān)授權(quán)的今臺等業(yè)者。而日亞化學(xué)也針對白光LED封裝的新技術(shù)，控告了億光與Seoul Semiconductor等，而對宏齊則是提出了警告。日亞化學(xué)的訴訟起緣是因為，億光與宏齊等獲得OSRAM Opto的授權(quán)，SeoulSemiconductor則接受美國Cree的授權(quán)，所衍生出來的。

　　隨著時間的流逝，當(dāng)初各公司所建構(gòu)的專利網(wǎng)，也逐漸面臨薄弱化的情況，在跨越專利期限之后，這些技術(shù)將會成為新興業(yè)者生產(chǎn)LED的捷徑。與其因為花費巨大人力資金獲得訴訟獲勝的賠償金(以美國為例，每一個專利訴訟基本花費達100萬美元)，不如與這些新興業(yè)者結(jié)盟，在BRICs等地區(qū)收取授權(quán)金，不僅在成效上大幅度提升，甚至可以擴大新興市場。

　　當(dāng)這樣的轉(zhuǎn)變對于新興LED生產(chǎn)、LED應(yīng)用業(yè)者而言，也是一項好消息，因為對于新興LED業(yè)者而言，如此可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量并且得以擴充新的銷售通路，而在LED應(yīng)用業(yè)者方面，除了避免被卷入專利紛爭，還可以獲得更低成本、高質(zhì)量的LED。

　　各大LED業(yè)者從訴訟的漩渦中跳出，擴大授權(quán)范圍、相互委托生產(chǎn)，就像朝授權(quán)收權(quán)利金、授權(quán)代工的營運模式發(fā)展。例如OSRAM采取“收權(quán)利金”方式，授權(quán)億光、光寶、宏齊，OSRAM的操作方式是，首先收取一筆2億新臺幣的授權(quán)金，然后每個產(chǎn)品抽4-7%的權(quán)利金；而日亞、豐田合成授權(quán)晶元光電代工，AVAGO、OSRAM授權(quán)宏齊生產(chǎn)，日亞、日立授權(quán)光磊代工生產(chǎn)等等。這種方式讓LED應(yīng)用業(yè)者可以獲得更低價與質(zhì)量更好的LED，同時也可以讓LED領(lǐng)導(dǎo)業(yè)者集中火力的來開發(fā)下一代LED關(guān)鍵技術(shù)，來鞏固原有的市場機會與利益。

　　這樣，呈現(xiàn)歐美與日本等傳統(tǒng)LED大廠與擁有高生產(chǎn)技術(shù)、制造能力強大的亞洲新興業(yè)者協(xié)商委托生產(chǎn)及合作的新局面。如果持續(xù)發(fā)展下去，相信整體的變化不僅于此，更進一步所帶來的是，這些新興LED生產(chǎn)業(yè)者將會拉近與傳統(tǒng)LED大廠的技術(shù)距離，以及在更多的單向授權(quán)與交叉授權(quán)下，生產(chǎn)機會將會流向低制造成本的地區(qū)，而這些的變化，卻是傳統(tǒng)LED大廠所不愿意樂見的；另一方面，這些新興的LED業(yè)者，也必定持續(xù)的開發(fā)出新的技術(shù)來擴大專利傘，所帶來影響是，另一波新興LED業(yè)者所帶動的訴訟漩渦，又將展開，未來交叉授權(quán)的家數(shù)，相信也不再會是僅僅只有眼前的數(shù)家，而是會擴到大十多家，屆時復(fù)雜程度比起今天，將是有過之而無不及。

　　相信在接下來數(shù)年間，將會采取擴大授權(quán)的策略。就這樣的演變環(huán)境下，預(yù)計有強大制造能力的臺灣與韓國的LED業(yè)者將會是第一波最大的受惠者。如臺灣已經(jīng)是歐、美、日市場上LED的主要產(chǎn)地，更是藍光LED芯片的重要量產(chǎn)地，就全球整體的生產(chǎn)能力而言，臺灣已經(jīng)占全球40%左右，而在實際的產(chǎn)出與銷售量方面，也擁有全球市場的25%。不但如此，在質(zhì)量方面，也已經(jīng)追上一些LED大廠。而中國大陸目前規(guī)模普遍比較小，產(chǎn)品整體技術(shù)水平還有待進一步提高，將成為繼臺灣和韓國之后的下一波獲利者。

　　專利糾紛重點向應(yīng)用環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)移

　　以前的專利糾紛及授權(quán)等專利事件絕大多數(shù)集中在藍光外延、芯片領(lǐng)域，再延伸至白光LED領(lǐng)域，日本日亞(Nichia)正是憑借在這些方面的絕對優(yōu)勢，并通過大量的專利侵權(quán)控告來維護其在LED方面的壟斷地位。而現(xiàn)在，隨著應(yīng)用市場規(guī)模和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大，圍繞照明應(yīng)用系統(tǒng)的專利事件逐漸增多，預(yù)計在近幾年仍將成為專利事件的主體。

　　2006年的專利事件也反映了這一趨勢，如5月12日，美國法庭判Color Kinetics公司在與Super Vision International的專利訴訟中勝訴，這兩個公司都是LED照明系統(tǒng)制造商，其專利糾紛也集中在LED照明應(yīng)用產(chǎn)品領(lǐng)域；5月25日(Osram)與安華高科技(Avago)在專利糾紛收場后宣布進行專利交互授權(quán)，歐司朗將同意Avago以歐司朗專利進行白光LED的制造與銷售，而Avago則授予歐司朗使用Avago專利，投入液晶面板背光用的LED系統(tǒng)制造等權(quán)利，是以應(yīng)用產(chǎn)品專利交換LED器件基本專利的典型事件。

專利保護模糊性與未來趨勢

　　

　　盡管相互授權(quán)的范圍涵蓋了固定發(fā)光晶體管技術(shù)的方方面面，但在此領(lǐng)域最重要也是最有意義的技術(shù)是使用磷光粉將藍光和紫外光轉(zhuǎn)化成白光的技術(shù)。

　　但是，這些協(xié)議對澄清IP位置、確定哪些專利有效、哪些有優(yōu)先權(quán)等并沒有多大幫助。閱讀一下專利文獻就可以發(fā)現(xiàn)一系列與美國專利重復(fù)甚至沖突的專利文件存在。目前，有關(guān)侵權(quán)的法令已逐漸頒布，雖然有一部分上訴存在侵權(quán)行為，但另一部分人卻駁回此類上訴。到目前為止，真正有關(guān)專利有效性的法令還是十分有限的。

　　在很多實際案例當(dāng)中，專利需要保護的主體不是很清晰。當(dāng)時甚至沒有一份真正有效的專利對白光LED的發(fā)光原理進行保護，1970年那份保護用屏幕來轉(zhuǎn)換顏色的美國專利也不例外，1991年Nichia通過利用熒光粉來將藍LED轉(zhuǎn)成白光的專利在美國申請專利而遭拒絕。至于拒絕的理由，不知道是否是因為先前美國專利局已經(jīng)受理過相同性質(zhì)的專利。

　　比較一下眾多專利，其保護重點都集中在磷光體的使用上(交叉約定簽訂之前，Nichia上訴Osram公司侵權(quán)使用一份日本專利而遭到拒絕，拒絕理由就是Osram并沒有使用石榴石磷光體)。因此，之后的專利就開始擴展保護范圍，以至于保護的內(nèi)容越來越廣但同時也越來越不清晰。

　　2005年以來，半導(dǎo)體照明產(chǎn)品開發(fā)和應(yīng)用范圍不斷擴大，更多公司擁有了相關(guān)專利，特別是隨著半導(dǎo)體照明應(yīng)用產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠商越來越多、市場規(guī)模急劇擴大，專利關(guān)系也越來越復(fù)雜。

　　在這種形勢下，怎樣保證一個公司的產(chǎn)品不會侵犯其他公司的專利權(quán)就是一個迫切需要解決的問題。從法律角度來看，單純聽信賣家的承諾顯然不夠，極有可能要冒侵權(quán)的風(fēng)險；聘請專利律師進行調(diào)查可以解決這個問題，但要花費大量的時間和資金，并不是每個企業(yè)都有能力采用。

　　2006年5月美國固態(tài)照明公司Intematix及BridgeLux提出了一個解決方法：組成知識產(chǎn)權(quán)安全照明業(yè)聯(lián)盟(IPSLA)。IPSLA為半導(dǎo)體照明的零配件供應(yīng)商提供了一個網(wǎng)絡(luò)平臺，聯(lián)盟成員的產(chǎn)品及工藝都經(jīng)由資格專利律師檢查證明其在任何方面都不侵權(quán)，以保證成員之間購買的零配件不會有違權(quán)行為。預(yù)計此類的知識產(chǎn)權(quán)聯(lián)盟會在全球范圍內(nèi)得到發(fā)展，以保證半導(dǎo)體照明穩(wěn)步發(fā)展成為一個成熟的行業(yè)，并促進其在各個相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用。

　　相信全球白光LED的市場與生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，將會從2010年出現(xiàn)重大改變，因為從1990年開始所提出的LED相關(guān)專利，到2010年時預(yù)計20年的有效專利期限將逐漸到期，因此伴隨著產(chǎn)業(yè)專利結(jié)構(gòu)被打破，緊接而來的是邁入混戰(zhàn)時期的高亮度LED產(chǎn)業(yè)。

　　白光LED主要美國專利狀況

　　Nichia是在1996年首先將白光LED推向商業(yè)化，而白光LED的歷史可以說是十分復(fù)雜。美國巨大的市場一直是商家必爭之地，在美國，主要專利如下：

　　貝爾實驗室將單個或多個磷光體用于熒光屏的發(fā)光，得到了美國專利(3691482)的保護，同時也建立起了光的波長轉(zhuǎn)換原理，該專利受理時間是1970年1月17日；Nichia于1991年11月25日為“熒光粉使用在樹脂中并用來模塑成型”這一方法申請一項日本專利，該技術(shù)已于1993年6月18日公布，但是申請于1998年6月23日被拒絕，于1999年12月2日，Nichia收回此項申請；Cree擁有一項專利6600175所有權(quán)(該專利最初被授權(quán)給AMTI)，受理日期是1996年3月26日，授權(quán)日期是2003年7月29日。該專利聲稱保護一項“由單顆LED通過降頻變換的磷光體產(chǎn)生白光的設(shè)備”，并且該專利試圖保護所有與之相關(guān)的技術(shù)和工藝。但是該專利提到的僅僅是白光之外的光源對磷光體的激勵，似乎沒有涵蓋通常的藍光LED對黃色磷光體的激勵，Nichia在專利中提到了藍光LED對黃色磷光體的激勵，但是沒有對之進行論述，也沒有對基于石榴石的磷光體技術(shù)進行論述；Osram的專利6245259在美國專利受理是在2000年8月29日，授權(quán)日期是在2001年6月12日，但在此之前的1997年6月26日，其已經(jīng)獲得國際專利的保護。從那時起，就開始存在專利重疊問題了。最初的專利說明了藍、綠和紫外線LED與摻鈰、鋱或硫代石榴石的磷光體，這一點在之前的Nichia白光LED和Nichia日本專利申請中都沒有提到。這項技術(shù)保護的重點似乎在磷光體尺寸規(guī)格上(尺寸要在5微米之下)。HP(Agilent)專利5847507受理日期是1997年7月14日，授權(quán)日期是1998年12月8日，該專利的描述涉及到已經(jīng)存在的Nichia產(chǎn)品并且保護的重點是磷光體的發(fā)光原理(方式)，這就涵蓋了較大范圍的各種式樣的磷光體。

　　在白光LED應(yīng)用方面的第一個Nichia專利5998925在美國被授權(quán)是在1999年12月7日，它的受理日期是1997年7月29日，它被整合到后來Nichia專利6069440和6614179中。此專利涉及到基于石榴石的GaN LED磷光體——描述了Nichia商業(yè)白光LED；Toyoda Gosei擁有專利6809347保護摻入銪的堿土正硅酸鹽磷光體和藍色或紫外線LED配合使用，此專利具有2000年12月28日的優(yōu)先權(quán)日期，授權(quán)時間是2004年10月26日，它把保護重點集中在一種特別的磷光體設(shè)計上，它不象其它專利一樣措詞含糊，它的保護內(nèi)容清楚明朗。

　　白光專利核心——磷光體

　　眾多專利的最大不同之處在于：磷光體的選擇，主要磷光體有下面一些：

　　摻入鈰元素的釔鋁石榴石(YAG)，此種化合材料在460納悶米光波的照射下處于受激狀態(tài)，能發(fā)出寬范圍內(nèi)的550納米的光波；Osram公司授權(quán)給少數(shù)生產(chǎn)商的鋱鋁石榴石(TAG)；硫化物構(gòu)成的磷光體，如摻入銪元素的硫代鍶酸鹽，此種化合材料在460納悶米光波的照射下處于受激狀態(tài)，并能夠發(fā)出波長為550鈉米的綠光；或者摻入銪元素的鍶的硫化物，在該條件下能產(chǎn)生紅光；含硅酸鹽基的磷光體，該用法已被Toyoda Gosei和Tridonic還有Intematix申請專利保護；有機磷光體或者染料(粉)，熒光渲色是否包括了第一二項的做法，暫時還沒有資料明確說明；毫微粒子磷光體，是其它專利使用最多的方法，但該方法(工藝)在以上幾條中均沒有提到。

　　在可預(yù)見未來，專利仍將是LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展關(guān)鍵議題，且專利訴訟的對象將不僅局限在LED廠商，范圍也將擴大至應(yīng)用產(chǎn)品上。

LED技術(shù)發(fā)展里程碑

LED發(fā)展歷程

　　1907年Henry Joseph Round第一次在一塊碳化硅里觀察到電致發(fā)光現(xiàn)象，由于其發(fā)出的黃光太暗，不適合實際應(yīng)用，更難處在于碳化硅與電致發(fā)光不能很好的適應(yīng)，研究被摒棄了。

　　20世紀(jì)20年代晚期Bernhard Gudden和Robert Wichard在德國使用從鋅硫化物與銅中提煉的的黃磷發(fā)光，再一次因發(fā)光暗淡而停止。

　　1936年,George Destiau出版了一個關(guān)于硫化鋅粉末發(fā)射光的報告，隨著電流的應(yīng)用和廣泛的認(rèn)識，最終出現(xiàn)了“電致發(fā)光”這個術(shù)語。

　　20世紀(jì)50年代，英國科學(xué)家在電致發(fā)光的實驗中使用半導(dǎo)體砷化鎵發(fā)明了第一個具有現(xiàn)代意義的LED，并于60年代面世。第一個商用LED僅僅只能發(fā)出不可視的紅外光，但迅速應(yīng)用于感應(yīng)與光電領(lǐng)域。

　　60年代初，在砷化鎵基體上使用磷化物發(fā)明了第一個可見的紅光LED，磷化鎵的改變使得LED更高效、發(fā)出的紅光更亮，甚至產(chǎn)生出橙色的光。當(dāng)時所用的材料是GaAsP，發(fā)紅光(λp=650nm)，在驅(qū)動電流為20毫安時，光通量只有千分之幾個流明，相應(yīng)的發(fā)光效率約0.1流明/瓦。

　　到70年代中期，引入元素In和N，使LED產(chǎn)生綠光(λp=555nm)，黃光(λp=590nm)和橙光(λp=610nm)，光效也提高到1流明/瓦；就在此時，俄國科學(xué)家利用金剛砂制造出發(fā)出黃光的LED，盡管它不如歐洲的LED高效；但在70年代末，它能發(fā)出純綠色的光。

　　80年代早期到中期對砷化鎵磷化鋁的使用使得第一代高亮度的LED的誕生，先是紅色，其LED的光效達到10流明/瓦接著就是黃色，最后為綠色。

　　到20世紀(jì)90年代早期，采用銦鋁磷化鎵生產(chǎn)出了桔紅、橙、黃和綠光的LED。在很長的一段時間內(nèi)都無法提供發(fā)射藍光的LED，設(shè)計工程師僅能采用已有的色彩：紅色、綠色和黃色，早期的“藍光”器件并不是真正的藍光LED，而是包圍有藍色散射材料的白熾燈。第一個有歷史意義的藍光LED也出現(xiàn)在90年代早期(日亞公司1993宣布，中村修二博士發(fā)明)，再一次利用金鋼砂—早期的半導(dǎo)體光源的障礙物。依當(dāng)今的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)去衡量，它與俄國以前的黃光LED一樣光源暗淡。

　　90年代中期，出現(xiàn)了超亮度的氮化鎵LED，當(dāng)前制造藍光LED的晶體外延材料是氮化銦鎵(InGaN)，發(fā)射波長的范圍為450nm至470nm，氮化銦鎵LED可以產(chǎn)生五倍于氮化鎵LED的光強。超亮度藍光芯片是白光LED的核心，在這個發(fā)光芯片上抹上熒光磷，然后熒光磷通過吸收來自芯片上的藍色光源再轉(zhuǎn)化為白光，利用這種技術(shù)可制造出任何可見顏色的光，今天在LED市場上就能看到生產(chǎn)出來的新奇顏色，如淺綠色和粉紅色。

　　在2000年，前者做成的LED在紅、橙區(qū)(λp=615nm)的光效達到100流明/瓦，而后者制成的LED在綠色區(qū)域(λp=530nm)的光效可以達到50流明/瓦。

　　近期開發(fā)的LED不僅能發(fā)射出純紫外光而且能發(fā)射出真實的“黑色”紫外光，LED發(fā)展史到底能走多遠還不得而知，也許某天就能開發(fā)出能發(fā)X射線的LED。然而，LED的發(fā)展不單純是它的顏色還有它的亮度，像計算機一樣，遵守摩爾定律的發(fā)展，即每隔18個月它的亮度就會增加一倍，曾經(jīng)暗淡的發(fā)光二極管現(xiàn)在真正預(yù)示著LED新時代的來臨。

照明用LED高亮度白光是怎樣生成的

　　白光LED基本上有兩種方式，一種是多晶片型，一種是單晶片型。前者是將紅綠藍三種LED封裝在一起，同時使其發(fā)光而產(chǎn)生白光，后者是把藍光或者紫光、紫外光的LED作為光源，在配合使用熒光粉發(fā)出白光。前者的方式，必須將各種LED的特性組合起來，驅(qū)動電路比較復(fù)雜，后者單晶片型的話，LED只有1種，電路設(shè)計比較容易。

　　單晶片型進一步分成兩類，一類是發(fā)光源使用藍光LED，以460nm波長的藍光晶粒涂上一層YAG螢光物質(zhì)，利用藍光LED照射此一螢光物質(zhì)以產(chǎn)生與藍光互補的555nm波長黃光，再利用透鏡原理將互補的黃光、藍光予以混合，便可得出所需的白光(日亞專利)，生產(chǎn)較容易，其效率較高，成本較低，目前大部分白光LED采用此方法；另一類是使用近紫外和紫外光，豐田合成(Toyoda Gosei)與東芝所共同開發(fā)的白光LED，是采用紫外光LED與螢光體組合的方式，與一般藍光LED與螢光體組合的方式做區(qū)隔。藍光LED與螢光體的組合方式，當(dāng)照在紅色物體的時候，其紅色的色澤效果比較不理想，紫外光LED與螢光體組合可以彌補這個缺點，但是，其發(fā)光效率卻仍低于藍光LED與螢光體組合的方式，至于價格與產(chǎn)品壽命，兩者差距不大。

　　在過去，只有藍光LED使用GaN做為基板材料，但是現(xiàn)在從綠光領(lǐng)域到近紫外光領(lǐng)用的LED，也都開始使用GaN化合物做為材料了。并且伴隨著白光LED應(yīng)用的擴大，市場對其效能的期待也逐漸增加。從單純的角度來看，高效率的追求一直都是被市場與業(yè)者所期待的。

　　但是另一方面，演色也將會是一個重要的性能指標(biāo)，如果只是做為顯示用途的話，發(fā)光色為白色可能就已經(jīng)足夠了，但是從照明的用途來說，為了達到更高效率，如何實現(xiàn)與自然光接近的顏色就顯得非常必要了。

LED發(fā)光效率影響因素

　　LED的發(fā)光強度及發(fā)光效率的提高主要取決于采用的半導(dǎo)體材料及其工藝技術(shù)的發(fā)展。早期的LED主要用GaAs、GaP(二元素半導(dǎo)體材料)和GaAsP(三元素半導(dǎo)體材料)，1994年左右采用AlInGaP(四元素半導(dǎo)體材料)后，其發(fā)光強度及發(fā)光效率有很大的提高。另外，在工藝技術(shù)上采用在GaAs襯底上用AlInGaP材料生產(chǎn)的紅光、黃光LED及在SiC襯底上用InGaN材料生產(chǎn)的綠光、藍光LED，在發(fā)光強度及發(fā)光效率上有較大的改進。

　　LED的發(fā)光強度與正向電流IF幾乎成線性關(guān)系，即增加正向電流IF可增加發(fā)光強度。但LED有一個最大功耗PD值的限制，PD=VF×IF(VF為正向壓降)，若過大地增加IF而使PD超過最大值時，LED會過熱而損壞。為了要提高發(fā)光強度，開發(fā)出中功率LED(一般為幾百mW)，其工作電流也提高到70mA。為進一步提高發(fā)光強度，業(yè)者開發(fā)出了大功率LED，其功率一般為1～10W(有一些還大于10W)，它的工作電流一般為350～700mA，有些可達1A以上。

　　市場希望只需一顆就可達到相當(dāng)亮度的LED，在這一方面的技術(shù)落在如何讓LED能夠支援更大的電流。通常30um2的LED最大可以驅(qū)動30mA的電流，但是這樣的結(jié)果遠遠無法滿足市場的期望，所以目標(biāo)是需要將10倍以上的電流，導(dǎo)通到LED元件中。因此當(dāng)LED的面積尺寸可以擴充到1mm2時，那么緊接下來的工作便是如何讓電流值能夠達到350~500mA，因為驅(qū)動電壓是3V多，所以就可以有1W的電力能被流進1mm2的晶片面積。

　　而在發(fā)光演色的方面，雖然有這么大的功率輸入到GaN LED中，但是所投入電力的四分之三都無法轉(zhuǎn)換成光而形成熱量，因此LED就會出現(xiàn)過熱的現(xiàn)象，這也會直接影響到LED的演色結(jié)果。因為LED元件的基本特性是，如果溫度上升，發(fā)光效率就會下降以及造成演色性偏差，所以如何有效的釋放大量產(chǎn)生熱量的放熱技術(shù)成為了關(guān)鍵，因此將LED裝在熱傳導(dǎo)率大、熱容量大的材料上就成了相當(dāng)重要的問題，目前大多是使用有價金屬或者陶瓷。

　　在現(xiàn)有的發(fā)光效率下，如果需要一定程度高輝度，期望因為增加電流量來產(chǎn)生較大亮度的話，這就必須考量如何增加LED的面積來滿足所增加的電流，或者利用將數(shù)顆小型LED封裝在同一個模組之中，來實現(xiàn)封裝模組對電流量容許值的提高。在目前的發(fā)光效率下，熱效應(yīng)也會成比例的上升，另外，大面積LED比小面積LED的電阻來得要高，使得大面積LED本身的效應(yīng)也比較大，如果單純以現(xiàn)有LED為基礎(chǔ)來提高輝度的話，將會陷入一個因LED本身價格，和散熱材料的成本過高而產(chǎn)生的惡性循環(huán)之中，這和以低成本化為基礎(chǔ)的市場特性是背道而馳的，而且熱效應(yīng)量的上升會引起封裝材料的熱劣化，對其使用壽命也有很大的影響。

　　由于上述理由，為了擴大未來的白光LED市場，業(yè)者就必須提高LED的外部量子效率，如果實現(xiàn)了LED高外部量子效率來提高發(fā)光效率的話，所出現(xiàn)的連鎖反應(yīng)就會下降，例如因為減少電流透過而使得熱效應(yīng)比率降低，實現(xiàn)成本的下降和長壽命化。關(guān)于這一方面，目前因為透過局部制程的改變、使用不同的化合物半導(dǎo)體材料、各種白色發(fā)光方法的開發(fā)，以及新一代熒光粉的開發(fā)，已經(jīng)使得LED的發(fā)光效率可以達到100lm/W。但現(xiàn)在使用白光LED的發(fā)光效率，除了一部分的制品之外，產(chǎn)業(yè)化的大多都在30~50lm/W左右。如果要代替節(jié)能燈就需要將亮度提升到80~100lm/W，如果要代替使用在汽車頭燈上的HID的話，就更需要提高到120lm/W以上的發(fā)光效率。就技術(shù)上，如果藍光LED芯片的光輸出效率如果達到360mW，配合高階技術(shù)的封裝能力，獲得100lm/W的白光輸出并不困難，包括Cree、日亞等的業(yè)者在2006年已開發(fā)出高亮度的藍光LED芯片，緊接著之后的如何降低外部量子效率的損耗便是考驗者封裝業(yè)者的能力，如必須設(shè)法減少熱阻抗、改善散熱等等問題，目前的做法包括了：降低芯片的熱阻抗、控制模塊和印刷電路板的熱阻抗、提高芯片的散熱性等等。為了擴大LED特別是白光LED的用途，如何提高發(fā)光的效率、相應(yīng)的輝度、延長使用壽命、降低熱效應(yīng)，以及降低每單位照明的成本等條件，這需要業(yè)界做出持續(xù)不斷的努力。

　　在使用壽命的方面，目前已經(jīng)都能夠?qū)崿F(xiàn)4萬小時后才開始進入高峰衰退期的使用時間，但這卻只能滿足照明的最低要求，照明領(lǐng)域所需要的是更高的使用壽命，現(xiàn)在已經(jīng)有客戶要求LED業(yè)者提高壽命的要求，要求4萬小時是達到高峰期的70%，也就是說高峰衰退期的使用時間是5.7萬小時，而整體的使用壽命題將會提高到11.4萬小時，比起目前的8萬小時增加了近1/3。另一方面，LED的高峰衰退期是根據(jù)投入電量和點燈方法的不同有很大的變動，所以不可能明確定義，使得這一方面還是有一些問題存在。具體上白光LED的長壽命化，大多是透過封裝材料的改變來達到，例如由目前的環(huán)氧樹脂變?yōu)閟ilicon來防止樹脂黃變，在此同時還能夠維持光通量，此外還有包括，采用D/B材料和反射結(jié)構(gòu)的劣化防止技術(shù)，來達到改善熱效應(yīng)實現(xiàn)低溫驅(qū)動。

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LED光源的優(yōu)勢及現(xiàn)存問題和市場前景分析

　　LED的發(fā)光原理是利用半導(dǎo)體中的電子和電洞結(jié)合而發(fā)出光子，不同于燈泡需要在3000度以上的高溫下操作，也不必像日光燈需使用高電壓激發(fā)電子束，LED和一般的電子組件相同，只需要2～4伏特(V)的電壓，在常溫下就可以正常動作，因此其壽命也比傳統(tǒng)光源來得更長，可達10萬小時以上(目前產(chǎn)業(yè)化的國外可達3~5萬小時)。

　　白熾燈的發(fā)光效率是8--15 lm/ W左右，普通T-8鹵素?zé)晒鉄艄庑Э蛇_40 lm/ W，T-5高效熒光燈可以達到80 lm/ W，LED光效可達200lm/w，LED還有毫秒級的通斷時間，這也是一般應(yīng)用光源無法達到的。

　　LED所發(fā)出的顏色，主要是取決于電子與電洞結(jié)合所釋放出來的能量高低，也就是由所用的半導(dǎo)體材料的能隙所決定。同一種材料的波長都很接近，因此每一顆LED的光色都很純正，與傳統(tǒng)光源都混有多種顏色相比，LED可說是一種數(shù)字化的光源。

　　LED芯片大小可以因用途而隨意切割，常用的大小為0.3～1mm左右，跟傳統(tǒng)的燈泡或日光燈相比，體積相對小得多。為了使用方便，LED通常都使用樹脂包裝，做成5mm左右的各種形狀，十分堅固耐震。

　　LED手機市場前景

　　就手機上應(yīng)用LED來說，主要可分為四大類，第一類為來電指示燈，約使用1顆；第二類是手機附數(shù)字相機可搭配閃光燈，約使用一顆；第三類為屏幕背光源約使用2-6顆，第四類為按鍵背光源約使用6-10顆，所以一共加起來最少約要10~12顆LED，而最高階的機種可能會達到19~20顆LED，可見手機對LED產(chǎn)業(yè)的貢獻度。

　　從全球銷售額來看，2005年手機市場占比高達62%，從量上看，手機市場占比也達18%，手機市場當(dāng)之無愧是推動LED產(chǎn)業(yè)的第一波浪潮。盡管手機市場仍在增長，但增長日趨緩慢；另一方面，各種新型具有多種附加功能的手機越來越多，手機功耗大，對手機節(jié)能的要求越來越強烈，這將推動能耗更低的OLED面板對TFT LCD面板的替代，而OLED是主動發(fā)光，不需要背光，對LED的需求趨降。

　　綜合來看，手機市場目前仍是LED的主要市場，但手機市場的影響力在下降，LED成長需要新的應(yīng)用市場的推動，白光LED進入一般通用照明市場預(yù)計2010后才會真正來臨，現(xiàn)階段有兩個“整裝”市場潛力大—筆記本、液晶顯示器及液晶電視的背光與汽車內(nèi)飾背光及前后燈市場。

LED NB及液晶電視背光市場前景

　　LED背光技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢

　　LED作為LCD的背光源，與傳統(tǒng)背光技術(shù)相比，除了在色域范圍的優(yōu)勢外，還有很多獨特的優(yōu)點，歸納為十個方面：

　　節(jié)能。目前，照明消耗約占整個電力消耗的20%，同樣照明效果的情況下，耗電量是白熾燈泡的八分之一，熒光燈管的二分之一。美國、日本等國家和臺灣地區(qū)對LED照明效益進行了預(yù)測，美國55%白熾燈及55%的日光燈被LED取代，每年節(jié)省350億美元電費，每年減少7.55億噸二氧化碳排放量；日本100%白熾燈換成LED，可減少1～2座核電廠發(fā)電量，每年節(jié)省10億公升以上的原油消耗；臺灣地區(qū)25%白熾燈及100%的日光燈被白光LED取代，每年節(jié)省110億度電。

　　LED背光源有更好的色域。其色彩表現(xiàn)力強于CCFL背光源，可對顯示色彩數(shù)量不足的液晶技術(shù)起到很好的彌補作用，色彩還原好；LED的使用壽命可長達10萬小時。即使每天連續(xù)使用10個小時，也可以連續(xù)用上27年，大大延長了液晶電視的使用壽命，可獲得對等離子技術(shù)壓倒性的優(yōu)勢；亮度調(diào)整范圍大。實現(xiàn)LED功率控制很容易，不像CCFL的最低亮度存在一個門檻。因此，無論在明亮的戶外還是全黑的室內(nèi)，用戶都很容易把顯示設(shè)備的亮度調(diào)整到最悅目的狀態(tài)；完美的運動圖像。傳統(tǒng)CCFL燈管的閃爍發(fā)光頻率較低，表現(xiàn)動態(tài)場景可能產(chǎn)生畫面跳動。

　　LED背光可以靈活調(diào)整發(fā)光頻率，而且頻率大大高于CCFL，因此能完美地呈現(xiàn)運動畫面；實時色彩管理。由于紅綠藍3色獨立發(fā)光，容易精確控制目前的顯示色彩特性；可以調(diào)整的背光白平衡，同時保證整體對比度。當(dāng)用戶的視頻源在計算機和DVD機間切換時，可以輕松在9600K和6500K間調(diào)整白平衡，而且不會犧牲亮度和對比度；可以為大尺寸屏幕提供連續(xù)面陣光源。LED是一種平面狀光源，最基本的發(fā)光單元是3～5mm邊長的正方形封裝后，極容易組合在一起成為既定面積的面光源，具有很好的亮度均勻性，如果作為液晶電視的背光源，所需的輔助光學(xué)組件可以做得非常簡單，屏幕亮度均勻性更為出色；安全。LED使用的是5～24V的低壓電源，十分安全，供電模塊的設(shè)計也頗為簡單；環(huán)保。LED光源沒有任何射線產(chǎn)生，也沒有水銀之類的有毒物質(zhì)，可謂是綠色環(huán)保光源；抗震。平面狀結(jié)構(gòu)讓LED擁有穩(wěn)固的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，抗震性能很出色。

　　在液晶顯示器已經(jīng)成為主流顯示器的今天，LED背光源憑借其獨特、壓倒性的優(yōu)勢，逐漸顯示出強大的應(yīng)用前景。

LED背光源現(xiàn)在存在的問題

　　LED背光技術(shù)就象許多新型技術(shù)一樣擁有許多誘人的優(yōu)點，但LED要想占據(jù)大尺寸LCD背光源的主流，目前還需要解決一些技術(shù)難點。通過表的對比，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)LED在功耗方面處于劣勢，除此之外還存在成本高、一致性差等問題。

　　1)目前LED的發(fā)光效率較低，與同等尺寸CCFL背光源相比耗電量高。目前CCFL的輸出光通量多在5000～7000lm范圍，實際屏幕的輸出光通量高于300lm，而多數(shù)LED背光都還無法達到這一指標(biāo)。不過，現(xiàn)在全球有大量的企業(yè)從事相關(guān)研究，LED發(fā)光效率提升相當(dāng)之快，目前光通量達到10000lm的高亮型LED背光也已經(jīng)出現(xiàn)，相信離成熟僅是咫尺之遙；2)成本太高、價格昂貴，同等尺寸的背光源，LED是CCFL價格的4倍。對于目前價格競爭激烈的市場而言，讓廠家有些望而卻步，只有索尼為了圖像質(zhì)量不計成本。當(dāng)然，隨著工藝的成熟和生產(chǎn)規(guī)模的增加，LED背光的成本會逐步下降；3)用LED作為背光源存在白光的一致性問題，這比起CCFL是個劣勢；4)LED在網(wǎng)點設(shè)計上較線性光源CCFL難，需考慮LED輻射狀的光強衰減；5)RGB LED背光源時間一久會產(chǎn)生色移，波長會隨溫度變化，產(chǎn)生不同顏色。

　　此外，散熱、光源均勻性、以及LED芯片發(fā)光效率也是目前液晶面板廠商不太采用的原因之一。目前，使用LED作為背照燈光源的大尺寸液晶面板模塊產(chǎn)品僅有少量。Displaybank表示，這是因為顯示器領(lǐng)域的價格競爭激烈，必須把降低成本放在第一位。今后，LED背照燈的普及速度取決于何時能夠解決目前LED背照燈所擁有的散熱困難、均一性差和LED芯片發(fā)光效率低等問題。

　　LED液晶用背光前景

　　應(yīng)用在液晶面板背光的LED，會依據(jù)點燈方式是直下還是側(cè)光式，用途是電視還是電腦熒幕，都更有不同。對于輝度的要求方面，電視會比電腦熒幕高，側(cè)光式背光的話就會使用白光LED，如果是要求高輝度、高演色性的電視就會使用直下式背光。電腦熒幕的話，一般都使用側(cè)光方式的RGB點燈，但是電視的話，采用白色直下和RGB側(cè)光的方式不同，就熱門程度而言，現(xiàn)在在LED市場上備受關(guān)注的是使用白光LED側(cè)光方式的液晶用背光領(lǐng)域。

　　使用白光LED側(cè)光方式的背光，其優(yōu)點是可以達到PC本體的薄型化、輕型化，延長電池壽命等等的特色，但現(xiàn)在的白光LED的紅色spectre比較弱，有色再現(xiàn)性不足的缺點，但是對電腦熒幕畫面，尤其是筆記型電腦，要求與電視同樣高演色性的使用者不多，所以在這一方面色再現(xiàn)不會成為一個大問題，而且如果真有高演色性方面的需求，也可以使用RGB 3原色背光和在白光LED的Rail配列中，利用定點混合紅色LED的方法等等來解決，相信在未來，電腦熒幕用光源對于白光LED做為背光源的采用將會更加擴大。

　　另一方面，電視用RGB背光的市場化則相當(dāng)被看好，目前已經(jīng)有相當(dāng)多的業(yè)者將RGB 3原色LED背光液晶電視商品化了，但是要將這些三原色的背光完全成為主流技術(shù)，需要解決的問題還很多，相信還需花費數(shù)年來解決這些問題。這是因為3原色背光的根本性問題在于成本，由于電視背光需要高輝度，所以使用的必須是1W以上的高輝度LED，而且因為是直下式的方式，所以在LED的使用數(shù)方面，也會因為面板面積而大幅度的增加，在加上為了色調(diào)同一，數(shù)百個LED全部都需根據(jù)發(fā)光波長嚴(yán)格選定，光是LED成本就很高。使用時還有冷卻LED的散熱鰭片和冷卻風(fēng)扇等解決熱效應(yīng)零件的成本，另外還需要調(diào)整各LED色差的RGB色度Sensor，以及將Sensor偵測出的內(nèi)容送回LED的Sensing Algorithm等周邊電路的成本，并且因為大量使用高輝度LED，導(dǎo)致的驅(qū)動電流的增加也是一大問題，所以以現(xiàn)今而言能夠完成低價化還比較困難。

　　除了成本之外，也有一些問題需要克服，例如影像播放訊號的高解析度范圍，現(xiàn)在的影像播放訊號只能發(fā)揮LED的3原色背光最基本演色解析度，因此要將3原色背光的潛能發(fā)揮出來，就必須強化內(nèi)容高解析度，因此在目前的環(huán)境下，使用RGB 3原色的背光是有點大材小用。因此，未來如果期望將3原色背光面板完全市場化的話，前提是必須降低成本，并且提高品質(zhì)，建立采用新的全彩高解析色資訊的播放規(guī)格，并且基于這個規(guī)格來普及影像內(nèi)容，所以現(xiàn)在說3原色背光已經(jīng)市場化，其實還是言之過早，但是相信使用3原色背光的LCD面板，將來會達到實用化應(yīng)該是毫無疑問的。

　　目前，使用LED作為背照燈光源的大尺寸液晶面板模塊產(chǎn)品僅有少量。這是因為顯示器領(lǐng)域的價格競爭激烈，必須把降低成本放在第一位。今后，LED背照燈的普及速度取決于何時能夠解決目前LED背照燈所擁有的散熱困難、均一性差和LED芯片發(fā)光效率低等問題。

　　目前的技術(shù)條件下，CCFL面板的售價要比LED面板的售價便宜2倍以上，筆記本制造商目前只能在高端的產(chǎn)品中采用LED面板，如果筆記本采用LED背光面板，那么它的整體售價將增加300美元。一般業(yè)者認(rèn)為，當(dāng)LED背光與CCFL背光價格拉近至1.5倍以內(nèi)時，LED背光滲透率將快速拉高。

　　由于成本等問題，雖然目前大多數(shù)廠商目前不愿意在筆記本采用LED背光面板，2006年，面向大尺寸液晶面板制造的LED背照燈極少，在統(tǒng)計上幾乎為零。但從2007年的第二季度開始，蘋果和惠普等公司將推出采用LED背光面板的筆記本電腦，相信隨著業(yè)界知名品牌的加入，LED背面面板在筆記本中的使用將會越來越普遍。臺灣PIDA預(yù)測，在2007年年內(nèi)，10英寸到12英寸筆記本中的的10%將采用LED背光面板，但尺寸更大的筆記本目前仍然不會大量采用LED背光面板，價格昂貴是主要原因之一。

　　而韓國Displaybank發(fā)表了大尺寸液晶面板用發(fā)光二極管(LED)背照燈的全球市場預(yù)測，對象包括液晶顯示器、筆記本電腦、液晶電視等。該公司預(yù)測到2007年，將達到約510萬臺，占整個背照燈市場的1.5%，2008年達到約1900萬臺和占市場的4.8%，2009年達到4210萬臺和9.6%，2010年將迅速增加到約6780萬臺和14.1%，2010年LED背照燈在金額上會達到45億9900萬美元，占總體的25.4%。

　　所以NB和液晶電視面板背光將成為推動全球LED產(chǎn)業(yè)成長的新的推動力，由于NB及液晶電視面板主產(chǎn)地在臺灣地區(qū)、韓國和日本，這些地區(qū)LED產(chǎn)能強大，且不斷有新的產(chǎn)能加入，如臺灣鴻海、佳總、聯(lián)茂這些電子產(chǎn)業(yè)大廠將進入LED產(chǎn)業(yè)，大陸面板產(chǎn)能較低，在這一波推進潮中獲益估計有限。但如果國內(nèi)下游液晶電視整機廠自建面板模組廠的話，將推動國內(nèi)背光對LED新的需求，長遠需求前景看好，目前國內(nèi)只有TCL有自建液晶模組廠的規(guī)劃，產(chǎn)能為250萬臺/年，2009年投產(chǎn)。

　　LED在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用前景

　　在車用數(shù)量方面，每臺車分別需要100顆(內(nèi)部)、200顆(外部)。內(nèi)部應(yīng)用如儀表板、閱讀燈，外部應(yīng)用則為尾燈、煞車燈、方向燈、頭燈等。目前全車內(nèi)部采用LED的車廠家?guī)缀跞珵闅W洲的公司；而在外部照明使用LED方面，歐系及日系汽車將第三剎車燈改成LED的比率已超過80%。

　　車用領(lǐng)域最大的課題是將LED應(yīng)用在汽車的頭燈，例如在日本市場，由于受到法律的限制，無法在頭燈使用LED。但是，這樣的限制將在2007年開始出現(xiàn)轉(zhuǎn)機，從2007年開始可以將LED應(yīng)用在概念車上，從2008年開始，更可以擴大使用LED來作為頭燈，并且在2010年以后應(yīng)該可以以允許開始正式使用。從元件的性能來看，目前的白光LED已經(jīng)可以代替鹵素?zé)袅�，最大的挑�?zhàn)是如何取代HID。但是隨著技術(shù)的發(fā)展，相信到2010年，LED將會有機會在亮度和成本兩方面與HID進行競爭。

　　從基本來看，在汽車頭燈使用LED的優(yōu)點很多，首先是使用壽命，盡管與前述的LED的高峰衰減期也有一些關(guān)系，但是汽車的頭燈不是平常的照明，所以與一般照明用途不同；接下來是設(shè)計的靈活度，頭燈內(nèi)的縱深將變薄，正面可以用來全面照明，使得設(shè)計的彈性度增加，而且因為LED是比較指向性強的光源，所以作為照明可以進行設(shè)計簡單化和輕型化，除此之外，透過與可視光通訊技術(shù)的結(jié)合，非常有可能成為安全行駛用的資訊通訊元件。

　　在頭燈之外，LED在汽車的應(yīng)用也逐漸地增多，尾燈、方向燈和霧燈等外部照明，還有車內(nèi)燈、腳燈、儀表板用燈、導(dǎo)航設(shè)備用的液晶背光，和其他自動設(shè)備的操作面板，應(yīng)用可以說是相當(dāng)?shù)亩�，�?dāng)然各個應(yīng)用領(lǐng)域都有輝度要求，同時對于演色性也有所要求，另一方面也有只要成本低的情況，所以要求各不相同。這彼此之間可以約略的進行區(qū)分，例如一般車外燈的要求會是以輝度為主，車輛內(nèi)裝則是以演色性為主。具體來說，頭燈是需要光的到達距離，對色再現(xiàn)等等沒有明確的要求，而車內(nèi)燈會因為乘車人討厭藍色的光等等因素，所以對演色性的要求很高，而如果應(yīng)用在儀表板上的LED就和演色性無關(guān)，不過卻會被要求低輝度和低成本。

　　以目前來看，在車用領(lǐng)域最大的市場在車內(nèi)飾背光，其次為車后燈，2006年全球車內(nèi)飾市場銷售額4.2億美元，車后燈市場為2.2億美元，預(yù)計2010年汽車市場LED總體銷售額會達到11.5億美元。