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LED 衬底的主要功能是承载,是生产外延片的主要原材料,目前 LED 衬底材料主要有四种,分别是蓝宝石、SiC、Si 及 GaAs,其中蓝宝石、SiC 及 Si 应用于生产蓝、绿光 LED,GaAs 应用于生产红、黄光 LED。
LED 外延生长是指在 LED 衬底上利用各种外延生长法如气相淀积法、液相淀积法和金属有机化学气相淀积法,形成半导体发光材料薄膜从而制成 LED 外延片的过程。外延片的制作对生产设备、技术、工艺、生产管理要求最高,生产工艺最复杂,LED 外延片的品质对下游产品的质量具有重要影响。目前生产高亮度 LED 外延片的主流技术是金属有机化学气相淀积法。
LED 芯片制造环节首先需根据下游产品性能需求进行 LED 芯片结构和工艺设计,然后通过退火、光刻、刻蚀、金属电极蒸发、合金化和介质膜等工序形成发光二极管结构,通过关键指标测试后再进行磨片、切割、分选和包装。LED芯片制造所涉及的工序精细且繁多,工序流程管理及制造工艺水平将直接影响到LED 芯片的质量及成品率。
LED 封装是指将外引线连接至 LED 芯片电极,形成 LED 器件的环节。封装的主要作用在于保护 LED 芯片与提高光提取效率。目前,LED 封装基本采用表面贴装、倒装焊等通用的半导体封装结构。
LED应用环节是针对各类市场需求利用LED器件制成面向终端用户的LED应用产品,如指示灯、显示屏、LCD 背光源、LED 照明灯具等,此环节技术主要体现在系统集成方面,技术面较宽,呈现多样化特征。
全球范围内,LED 产业链各环节参与企业数量呈金字塔型分布。上游衬底制作、外延生长和芯片制造具有技术和资本密集的特点,参与竞争的企业数量相对较少。上游既是技术进步的瓶颈,也是整个 LED 产业发展的关键,上游企业资源比较集中,同时利润率也较高;中游封装与下游应用的进入门槛相对较低,参与其中的企业数量较多,利润率较低。
LED 被称为第四代照明光源或绿色光源,具有节能、环保、寿命长、体积小等特点,广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。根据使用功能的不同,可以将其划分为信息显示、信号灯、车用灯具、液晶屏背光源、通用照明五大类。
(1)显示屏应用
LED 显示屏具有亮度高、视角大、可视距离远、造型灵活多变、色彩丰富等优点,目前主要应用于广告传媒、体育场馆、舞台背景、市政工程等户外领域。
近年来,随着 LED 芯片材料技术进步和控制技术的不断提升,LED 显示屏综合性价比优势日益突出,使用范围不断扩大,增长速度明显快于传统的单双色显示屏。随着 LED 显示屏应用技术的进步,特别是成本和价格的降低,LED 显示屏的市场潜力被进一步发掘,未来小间距 LED 显示屏将逐步从户外扩展至室内,很可能全面替代现有电视、笔记本电脑、平板电脑的 LCD 拼接屏、DLP 拼接屏技术。2010 年我国 LED 显示屏应用市场产值约为 150 亿元,2016 年我国 LED 显示屏应用市场产值已达到约 548 亿元,此期间年复合增长率达 24.10%,近三年发展增速均保持在 30%左右,是 LED 行业未来发展的重要方向之一。
2010 年-2016 年中国 LED 显示屏应用产值(亿元)