LED(Light Emitting Diode，发光二极管)是一种能够将电能转化为光能的半导体，它改变了白炽灯钨丝发光与日光灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光。LED由GaAs(砷化镓)、GaP(磷化镓)、GaAsP(磷砷化镓)等半导体材料制成。上世纪初人们便开始了LED研究，1960年GaAs红外光LED的商品化打开了LED的大门；1993年蓝光LED的发展，更是将LED由单色的应用扩展至全彩的境界；1996年白光LED的开发，使得白光LED技术发展呈现出跳跃般成长，也使LED具备进军与人类生活息息相关的照明产业的能力。

概述

LED主要由PN结晶片、电极和光学系统组成；因此它具有一般PN结的特性，即正向导通，反向截止和击穿特性。其发光过程包括三部分：正向偏压下的载流子注入、复合辐射和光能传输。半导体晶片被封装在洁净的环氧树脂中，当电子经过该晶片时，带负电的电子移动到带正电的空穴(电洞)区域并与之复合，电子和空穴消失的同时产生光子。电子和空穴之间的能量(带隙)越大，产生的光子的能量就越高。光子的能量反过来与光的颜色对应，可见光的频谱范围内，蓝光、紫光携带的能量最多，橙光、红光携带的能量最少。由于不同的材料具有不同的带隙，所以LED能够发出不同颜色的光，波长分布从400nm的蓝光到900nm的红外光。

LED主要分为可见光和不可见光，其中可见光LED产品包括红、黄、橙、蓝、紫光等，其主要应用市场包括指示光源、交通信号、汽车照明、显示器、装饰光源、LCD背光模块、手机光源与普通照明等；而不可见光LED包括IrDA、VCSEL及LD等，以通信应用为主。不可见光LED又分为二种，短波长红外光应用在无线通信用(如IrDA模块)、遥控器、传感器，长波长红外光则用在短距离通信光源。同时，按发光强度和工作电流可分为普通亮度LED、高亮度LED，低功率LED、高功率/高电流LED。除上述分类方法外，还有按晶片材料、功能、结构等分类方法。

LED具有寿命长、光效高、无辐射、低功耗等优点。经过几十年的技术改良，LED发光效率有了较大的提升。白炽灯、卤钨灯光效为12-24lm/W(流明/瓦)，日光灯50-70lm/W，钠灯90-140lm/W，大部分的耗电变成热量损耗。目前，LED大厂都有50lm/W以上的产品，光的单色性好、光谱窄，无需过滤便可直接发出有色可见光，离120lm/W照明应用的目标也越来越近。同时，各大厂现正加紧提高LED发光效率方面的研究，以加速LED照明的普及。其次，LED的工作电流低、耗电量少，非常节能。LED单管功率0.03-0.06W，采用直流驱动，单管驱动电压1.5-3.5V，电流15-18mA，反应速度快，并可在高频操作;同样照明效果的情况下，耗电量是白炽灯泡的八分之一，日光灯管的二分之一。而LED灯体积小、重量轻，采用环氧树脂封装，可承受高强度的冲击和震动，不易破碎。

LED寿命非常长，可达10万小时。以LED制作的灯具使用寿命可达5-10年，可以大大降低灯具的维护费用。同时，由于LED发热量低、无热辐射、冷光源，而且能精确进行控制，因此在使用过程中，可确保安全……现在，LED正以其固有的优越性吸引着世界的目光。
4、LED结构
 
LED的制造过程内含许多核心技术，如磊晶技术、电极制作、晶粒切割与结构封装等，皆与LED工作效能和使用寿命息息相关，其中结构封装不仅保护LED晶片，更能提升产品寿命。LED的构造形式众多，可分为传统炮弹型(Lamp type)与表面贴装型(SMD)两种；炮弹型由支架、反射杯、晶片、晶线和封装材料组成，主要是将晶粒黏着于反射杯，随后予以打线、封胶、脱膜、成形。而SMD型LED晶片被黏在基板上后，再打线、压模、切割、测试、成形，体积较炮弹型构造缩小许多，大量使用在如手机般小型化携带性产品。

LED产业链

LED组件依其制造过程可分为上游磊晶形成、中游晶粒制造(将磊晶片经过电极制作、平台蚀刻等程序切割出LED晶粒)及下游封装等。

LED上游厂商产品为单晶片及磊晶片。单晶片为制造LED的基板，多采用GaAs、GaP为材料；磊晶片则是根据不同产品在单晶片上成长多层不同厚度的单晶薄膜，如AlGaAs (砷化铝镓)、AlGaInP(砷化铝镓铟)、GaInN(氮化镓铟)等。通常的磊晶成长技术有液相磊晶成长法(LPE)、气相磊晶成长法(VPE)及有机金属气相磊晶法(MOVPE，又称MOCVD)等，其中VPE、LPE等技术已相当成熟，皆可生产一般亮度的LED。而MOVPE可以AlGaInP为材料生产红、黄、绿光，以GaN材料生产蓝光外，并可生产微波通讯用的GaAs组件、红外线LED(IrDA)、雷射二极管LD等应用广泛之产品，故成为各厂商竞相投入的生产方法。在整个LED产业价值链中，上游磊晶最高。就目前成长率最高的高亮度LED而言，必须使用MOCVD方法，因为化合物半导体的材料特性不稳定且易碎，所以如何掌握磊晶配方如：温度、压力、材料比例成为此过程之关键。参见磊晶成长方法表以了解主要磊晶方法及其特点。

中游厂商主要的产品为晶粒切割。其制造过程为：根据LED需求作磊晶片扩散，然后金属蒸镀，之后在磊晶片上光罩、作蚀刻、热处理，制成LED两端金属电极，接着将基板磨薄、拋光后再作切割。LED中游厂商依组件结构的需求制作电极及切割成晶粒。

下游厂商主要是将晶粒封装，将晶粒黏于导线架，依各类产品的不同应用将晶粒封装成不同的LED，目前封装后的产品类型有Lamp(炮弹型)、集束型、数码显示、点阵式与SMD型，其中SMD型LED的体积较其它传统型LED小，因此SMD型主要用在手机的屏幕背光源及手机的按键，受手机的需求影响甚大。
 

LED行业的观测指针：日本厂商

日本为全球LED产业(含白光)最大产国，其动向几乎为LED业者的观测指针。

a)Nichia(日亚化学)

Nichia为全球最大的高亮度LED供货商，其主力产品为氮化铟镓(InGaN)蓝、绿光LED，并以成品型态销售。由于日本是最大LED需求国，Nichia的产品主要以内销为主。Nichia于1993年与Shuji Nakamura研发成功以蓝宝石(Sapphire)基板与氮化物磊晶长成蓝光LED后，并将激光的量子结构应用于LED的磊晶上，为LED的发光效率写下划时代的进步。Nichia积极研究以蓝色LED晶粒加上荧光粉激发白光，以生产发光效率更好、更稳定的白光LED。Nichia在高亮度LED市场上居于领先地位，却采取防卫策略，由材料研发、磊晶、晶粒制作、封装，皆自行完成。此外，因Nichia拥有200项以上的关键性专利，其中多为基础性的技术，许多厂商积极寻求Nichia的授权与合作。蓝光晶片加YAG荧光粉的白光专利权为日亚化学所有。几年前日亚化学就和Citizen、丰田合成、Cree、Osram、Lumileds等厂进行交叉授权。

b)Toyoda Gosei (丰田合成)

丰田合成为丰田汽车旗下公司，主要业务为生产汽车相关化学产品，目前为全球第四大及日本第二大高亮度LED生产厂商。产品主攻汽车应用市场如：车灯、仪表板背光源等；此外在彩色屏幕行动电话的背光源，丰田合成也占有一席之地。该公司主要专注于InGaN组件的生产，除了与Nichia同样供应灯泡、与表面封装型的LED外，丰田合成尚从事晶粒的销售，松下电工(Matsushita Electric)为其主要的客户，两者并于1999年共同合作晶粒结构之设计，配合蓝宝石基板上长成InGaN组件正负电极同边的特性，提高光的抽取效率(Extraction Efficiency)。另与Toshiba合作，以InGaN制成紫外光晶粒，加上红、蓝、绿三色的荧光粉激发白光，由丰田合成制造晶粒，Toshiba则负责封装。

此外，日系厂商的佼佼者还有第一大SMD LED制造商Citizen电子和住友电工(Sumitomo)。

LED行业第二大阵营：欧美厂商

a)Osram Opto

Osram Opto为全球第二大，也是欧洲最大高亮度LED生产厂商。Osram于1999年由Infenion (英飞凌)集团旗下的Siemens与照明大厂Osram GmbH合资成立。Osram Opto以欧洲市场为主，且专注于汽车应用。目前欧系汽车大厂如：平治、宝马、奥迪、大众皆为Osram Opto的客户。该公司与Cree一直保有技术移转及供应链上良好的关系，Cree为一美国知名化合物半导体公司，研发出以碳化硅(SiC) 基板的蓝光LED产品。炭化硅基板折射率大，可取代传统的蓝宝石基板以绕开Nichia专利。尽管碳化硅(SiC)基板与GaN存在晶格不符的缺点，但由于其磊晶速度较快，且具成本优势，仍受到市场的欢迎，OSRAM OPTO的蓝光LED晶粒除了自制外，主要自Cree购入。

b)Lumileds

Lumileds是由照明巨头Phillips和Agilent之合资公司，在高亮度LED方面具有领先的研发与制造技术。其Luxeon系列白光LED是目前市面发光效率高的LED产品，并领先汽车照明市场。Agilent是HP的光电半导体部门，为北美第一、全球第三大的高亮度LED厂商，亦为全球最大的光电组件厂商，其在LED的发展渊源已有30年以上的历史，为全球最大的AlGaInP四元高亮度LED厂商。该公司为发展LED照明市场，在1997年，由HP与Phillips照明合资成立Lumileds Lighting，并将照明及信号用之高亮度LED转至Lumileds，两者间维持技术支持与销售的合作关系。Lumileds不仅承袭了由Agilent长期耕耘LED的辉煌成果如：开发透明基板技术，也拥有完整由磊晶、晶粒、封装技术制作过程的专利。Lumileds Lighting 致力于研发Flip-Chip(倒晶法)，将较大的晶粒以其先进的技术封装，期使LED可稳定地于高电流环境下操作，并提高组件发光效率，此种产品可适用于汽车及号志等领域。

虽然早期的白光LED受制于日亚化学在蓝光的专利屏障，进展并不顺利。不过各国在材料以及制程技术的研发仍积极研发投产上，其中仍是以美、日大厂较为积极，因此未来5-10年美、日仍是白光LED的领导者。

第三势力：台湾厂商

台湾LED产业以可见光为主，主要原因是台湾为全球消费电子产品的生产基地。早期LED产业主要以封装为主，至1998年以后国内成立了十数家上游磊晶厂，并以生产高亮度LED磊晶片为主。台湾发展LED产业已有二十多年历史，整体而言，以中下游较具规模。目前是全球下游封装第一大及中游晶粒第二大生产地。

台湾典型的厂商中，上游磊晶厂商有全新、国联、华上、晶元等。中游有鼎元、光磊等。其中鼎元主力产品为红、绿、黄、橙色可见光LED晶粒；而光磊除晶粒制造外，还制造LED大型显示板。下游有亿光、光宝、佰鸿等。亿光为是台湾最大的LED下游封装厂；光宝为台湾最大的LED显示屏厂商。这些厂商大多在大陆设厂，以扩大产量，降低成本，增加市场竞争能力。目前，台湾已成为仅次于日本的世界第二大LED生产基地。

最具潜力的世界LED基地：中国大陆

除外资企业外，中国从事LED产业的单位超过400家。中国大陆积极投入超高亮度LED领域，到目前为止，可生产四元系AlGaInp的红、橙、黄色晶片，GaN基蓝、绿色晶片，以前低功率白光LED封装产品，其晶片以进口为主。典型企业包括深圳飞通光电子、方大国科光电技术有限公司；北京海特光电、福创光电子等公司；上海北大蓝光公司；以及石家庄慧能光电材料、立德电子；大连路明等。

普遍认为大陆跟台湾的LED水平相差3年的技术差距，但是大陆LED产业的发展非常迅猛，要追上台湾看来只是时间的问题，尤其是目前台湾众多封装业者设厂大陆，无形提升了大陆LED封装的技术。同时，中国政府也大力支持LED的发展，例如国务院于2003年成立了半导体LED照明推动小组。再者，虽然在功率LED及高性能晶片市场依赖进口，但中国大陆很多部门在LED研发方面都下足了力度。这些部门包括中科院半导体所、南昌大学、厦门三安、深圳方大、上海北大蓝光等。