半导体

LED照明技术研发还需理念变革

作者:电子信息产业网来源:中国电子信息产业网发布时间:2011-05-06 08:22我要评论





 
中科院半导体所所长李晋闽



  节约能源是我们未来面临的重要问题,在照明领域,LED发光产品的应用正吸引着世人的目光,LED作为一种新型的绿色光源产品,必然是未来发展的趋势,21世纪将进入以LED为代表的新型照明光源时代。


  从天然火种到绿色光源


  公元前7万年,人类利用石头、苔藓和动物脂肪点亮了人类第一盏灯,人类开始进入一个光明的时代。
1879年,爱迪生成功制备了第一盏白炽灯,人类照明从此进入了一个全新的时代——电力照明时代。
20世纪60年代初,首只镓砷磷(GaAsP)红光LED诞生,人类开始致力于半导体照明光源技术的实现。
1994年,日本Nichia(日亚)化学公司成功开发出GaN基蓝光LED,从根本上解决了LED三基色缺色的问题,结束了没有原色蓝光的历史。
20世纪末,白光LED的出现,由于其高效、节能环保、使用寿命长、易维护等特点,作为绿色光源,已成为发达国家及地区政府、科研单位和企业广泛关注和高技术领域竞争的焦点之一,正在引发照明光源的新革命,被称为21世纪高技术领域战略性产业。
人类的光源发展史是一部人类的文明发展史。从天然光源走向电力照明再到如今的LED绿色照明,人类的文明也在不同光源的照耀下不断走向光明。
半导体照明是被誉为人类照明史上继白炽灯之后的第二次照明革命。半导体照明的能源消耗是普通白炽灯的1/10,而寿命却可达到10万小时以上。专家估算,如果半导体照明能够占领我国1/3的照明市场,每年就可以节电2000亿千瓦时,相当于两个多三峡电站的发电量。目前,我国能源形势严峻,发展半导体照明技术将为节约能源、发展绿色照明提供新的契机。


  从宏观到微观


经过多年的发展,我国半导体照明产业从无到有、从小到大,取得了长足的进步。目前我国已经形成多个LED产业化基地,通过2003年“国家半导体照明工程”的启动和“863”计划的实施,中国高亮度LED产业进入加速发展阶段,并初步形成了从上游材料、中游芯片制备到下游器件封装及集成应用的比较完整的研发与产业体系。我国已经成为世界上半导体照明电器生产大国和出口大国之一。
但肯定成绩的同时,我们应该看到,在国际市场上我们的产业规模和市场份额还不高,高新产品的研发能力还有待进一步提高,培养具有自主产权的LED照明产品和企业成为当务之急。
从宏观上讲,我国LED产业是健康、有序的发展,实现了预期目标。2003年启动“国家半导体照明工程”时,我们的大型设备、器件几乎全部依赖进口;到2005年底,也就是“十五”结束时,大约已有了10%%~20%%国产化的应用,照明光效指标也提升了;进入“十一五”,半导体照明工程成为国家重大计划,成立了总体专家组,国家科技投资也随之增长10倍,投入了3.5亿元;到“十一五”结束,也就是2010年年末,国产化率已经超过50%%,指标也达到130lm/W。
从微观上讲,我国LED产业仍存在一些问题。LED企业在区域布局上,从原来的5个国家级产业基地扩展到现在的7个,有些低水平的重复建设,产业布局有些同质化,产业链上发展不均衡,金字塔结构明显。国家半导体照明工程研发及产业联盟提供的数据显示,2010年中国LED产业规模是1200多亿元,分布是:应用端900多亿元,高端的外延和芯片大概50亿元,中间端的封装250亿元左右,产业发展极不均衡。从整个产业链的发展来看,缺乏核心专利技术,这已成为我国半导体照明产业的软肋。此外,重大核心装备与影响产业安全的装备依赖国外进口的问题亟待解决,否则将受制于人;研发和企业脱节,联合攻关不够,导致企业赢利能力差,附加值低。


  从新兴产业到国家战略


半导体照明是本世纪初兴起的一个新兴产业,技术尚未完全成熟,正处于飞速发展阶段,是国际高科技领域竞争的焦点之一。材料创新、技术创新、争取自主知识产权,发展的空间很大。
2003年6月我国正式启动了国家半导体照明工程,至此,半导体照明工程上升到国家战略。
“十一五”期间,国家“863”计划开展“半导体照明工程”项目。以期通过自主创新,突破白光照明部分核心专利,解决半导体照明市场急需的产业化关键技术,建立完善的技术创新体系与特色产业集群,完善半导体照明产业链,形成我国具有国际竞争力的半导体照明新兴产业。
2008年~2010年的北京奥运会、上海世博会、广州亚运会等LED应用工程,让大众感知、体验了未来照明的魅力。这是照明工程应用的巨大成功。
目前,我国LED外延材料、芯片制造、器件封装、荧光粉等方面均已具有自主知识产权的单元技术,部分核心技术具有原创性,初步形成了比较完整的研发与产业体系。


  从“重新洗牌”到拥有自主品牌


  2011年,是“十二五”开局之年,我国LED产业迎来前所未有的发展机遇,也面临着更大的挑战。在稍纵即逝的市场机遇面前,如何在世界LED市场中争得一席之地,成为我国LED产业亟待思考的问题。  产业发展到一定阶段一定会重新洗牌,未来3年是半导体产业重新洗牌的阶段,也是我国的半导体产业发展至关重要的一个过程。
2010年,LED产业规模突破1200亿元,但现在仍然没有龙头企业。到2015年,会产生1~2家产值超百亿元的拥有自主品牌的企业、3~5家产值超过50亿元的品牌企业。目前,我国有2000多家LED企业,规模超亿元的不少,但上5亿元的、超10亿元的很少。
在产业的发展过程中,一定要有产业的聚集,通过资本的作用,实现上下游整合。国家大力发展战略性新兴产业,有战略眼光、有长远眼光和有社会责任的企业进入LED领域,希望有一天会出现有自主品牌、上百亿元规模的企业。
解决我国半导体照明产业问题的关键在于体制创新和机制创新。通过构建合理高效的体制机制,进一步探索和完善促进科技成果转化的产学研结合机制、优化资源配置的科技绩效评价机制、完善科技人才培养使用的激励机制。进一步加强科技基础平台建设,建立国家级研发中心、重点实验室。强化以企业为主体,上下游、产学研联合的创新机制,鼓励与国家研发平台互动,实现技术、市场的互动和资源、成果的共享,开展跨区域、跨部门、跨学科、跨领域的系统集成与联合攻关,切实有效地组织各方力量以更加开放的胸怀集中资源,扶持龙头品牌企业,攻克市场急需的产业化关键共性技术,实现照明技术的集成创新,支撑产业发展壮大,带动我国半导体照明产业实现跨越式发展。
目前,除道路照明、隧道照明外,我国的LED照明技术已经进入商业、工业、学校、酒店等,车辆、船舶以及农业照明、医疗手术等特殊领域也有应用。LED的超越照明可以真正实现照明技术对人类社会的最大功益,并且创造最大的新产品与新市场潜力。在研发战略上,我们更应该关注发展非传统照明功能、照明控制、系统智能化以及照明系统与人、与其他系统和环境的互动功能,还要研究设计适合亚洲人的光源。既然LED作为未来光的革命,那就不仅仅是照明,还有一些理念的变革。比如未来将没有传统意义上的灯了,窗户、墙、桌子等都可以是光源。上海的东海大桥颠覆了传统路灯的概念,由于桥长、海上风大、高杆路灯难以安装等原因,最后将LED灯安装在护栏上,达到既美观又实用的效果,这是一个很大的进步。LED给了我们极大的想象空间,这个行业的发展充满了希望。


  (责任编辑:落雪)


 


责任编辑:电子信息产业网
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