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高亮度LED初具產業(yè)基礎 仍需政策助力

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• 發(fā)布時間：2015-03-03
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    從上世紀高亮度LED(發(fā)紅、橙、黃光的四元系產品和發(fā)藍、綠、紫光的GaN基產品)問世以來，經過十幾年的努力，高亮度LED已經進入功能性照明領域，并將逐步進入普通照明領域，目前已形成較完善的產業(yè)鏈，備受世界各國及國際大公司的重視。我國也緊跟世界前沿技術，加快研發(fā)和產業(yè)化工作，已經具備了一定的產業(yè)基礎。我國LED產業(yè)鏈初步成型根據中國光學光電子行業(yè)協(xié)會光電器件分會的統(tǒng)計和測算，再參考國內相關機構提供的數(shù)據，2007年全國從事LED的企業(yè)有2000多家，其中從事外延生長、芯片制造研究和生產的單位有40多家，器件封裝企業(yè)約600家，其中有一定規(guī)模的封裝企業(yè)約100家。應用產品和配套企業(yè)有1700多家。行業(yè)就業(yè)人員約十幾萬人(另有統(tǒng)計估算為30萬～40萬人)，從原材料、外延生長、芯片制造、器件封裝到應用產品和配套材料、設備儀器，已形成較完善的產業(yè)鏈。近幾年，我國LED芯片和器件，尤其是高亮度LED芯片和器件的增長十分迅速。外延及芯片技術取得突破LED的核心技術是LED的外延生長和芯片制造技術，近幾年政府和相關研究機構對此高度重視，投入了大量資金和人力加以研究、開發(fā)和產業(yè)化。主要研究機構有北大、清華、南昌大學、北京工大、山東大學、南京大學、華南師范大學、廈門大學、深圳大學、中南理工大學，中科院半導體所、物理所，中電13所、55所以及新成立的中科院半導體照明研發(fā)中心等。在外延生長、芯片制造方面開展多項研究并取得成果，如在不同襯底(Al2O3、Si、SiC、AlN、GaN)上外延生長GaN材料、有圖形化襯底外延、非極性或半極性外延、襯底轉移、激光剝離、共晶焊接、ITO電極、表面粗化和光子晶體等等，提高內量子效率和外量子效率，均取得很好的研究成果。另外，我國已研發(fā)出AlGaN深紫外(260nm～400nm)發(fā)光二極管，還研發(fā)出1W的LED藍光芯片，做成白光LED的發(fā)光效率超過80lm/W，并研制出四元系AlGaInP紅光功率LED器件，發(fā)光效率約40lm/W。南昌大學研制出具有自主知識產權的在Si襯底上生長GaN，并做出藍、綠LED芯片，已實現(xiàn)產業(yè)化。國內LED外延生長和芯片制造的主要企業(yè)有廈門三安、大連路美、上海藍光、上海藍寶、山東華光、杭州士蘭明芯、江西晶能光電、河北同輝、沈陽方大、廈門乾照、江西聯(lián)創(chuàng)、南昌欣磊、上海大晨、上海宇體、深圳世紀晶源、深圳奧倫德、揚州華夏集成、廊坊清芯、甘肅新天電、武漢迪源、西安中為、廣州普光、東莞福地，以及外資企業(yè)武漢華燦、廈門晶宇、廈門明達和晉江晶藍等共計20多家企業(yè)，這些企業(yè)在芯片結構和工藝改進方面做了大量的工作，在提高產品性能、成品率、工藝重復性、提高抗光衰能力和可靠性等方面均取得較大成果，保障了芯片的批量生產。2007年國內生產高亮度芯片超過210億只，增長率為75，其中藍、綠芯片約為65億只，增長率為62.5，預計2008年高亮度LED芯片產量將超過300億只，其中藍、綠芯片約80億～100億只。器件封裝及配套能力突出國內LED封裝企業(yè)的特點是規(guī)模小、數(shù)量多，約500～600家，具有一定規(guī)模，年銷售額在1000萬元以上的企業(yè)約100家，主要封裝企業(yè)有廈門華聯(lián)、佛山國星、江蘇穩(wěn)潤、廣州鴻利、寧波升譜、江西聯(lián)創(chuàng)、天津天星、廊坊鑫谷、深圳瑞豐、深圳雷曼、深圳光量子、珠海力豐等。2007年全國封裝的器件達460億只，加上外資企業(yè)，國內的LED封裝能力超過600億只/年�？煞庋b的器件品種齊全，包含單管、復合管、像素管、數(shù)碼顯示器、各種背光源、SMD-LED、微型LED、矩陣顯示器、專用顯示器、白光LED、功率LED和大功率LED模塊等，具有實力的封裝企業(yè)投入較大的研發(fā)力量，在改進封裝結構、提高散熱性能、提高出光效率、提高抗光衰和可靠性等方面均取得很好成果，現(xiàn)可批量封裝1WLED，其發(fā)光效率達100lm/W，熱阻可控制在10℃/W以內。中電13所開發(fā)具有自主產權的大功率LED封裝產品，另外，還開發(fā)具有自主產權的垂直結構無焊線功率LED封裝新產品，為功率LED封裝產業(yè)作出貢獻。國內LED封裝材料和配件的配套能力是很強的，除個別材料外，絕大部分材料均為國內提供，主要有金絲、硅鋁絲、環(huán)氧樹脂、硅膠、銀膠、導電膠、支架、條帶、塑料件、封裝模具和工夾具等，已形成一定規(guī)模，企業(yè)主要在珠江三角洲和寧波地區(qū)。另外，對于封裝白光LED用的熒光粉，國內也有十幾家企業(yè)正在研究和生產，已大量用于白光LED封裝，大連路明則開發(fā)了有自主產權的硅酸鹽熒光粉。另外，我國還開發(fā)了具有自主知識產權的藍光激發(fā)紅光和綠光的氮化物熒光粉，可由三基色組成白光LED，其效果很好。技術標準制定取得進展國內近幾年在制定半導體照明技術標準方面也取得了較大進展。原信息產業(yè)部半導體照明技術標準工作組、全國照明電器標準技術委員會以及相關部委的標準化組織已經制定和正在制定半導體照明技術的基礎標準、方法標準及產品標準約50項。國家半導體照明工程研發(fā)及產業(yè)聯(lián)盟的標準協(xié)調組在協(xié)調標準制定和收集境外半導體照明技術標準等方面卓有成效。我國相關協(xié)會還積極參加國際相關標準化組織，參與專業(yè)標準的制定，與國際相關標準化組織聯(lián)絡交流，還與臺灣地區(qū)同行開展合作。應該相信，隨著LED技術的不斷發(fā)展，應用產品不斷成熟，相關標準將會不斷出臺。在推動半導體照明檢測平臺的建設方面，近年來也取得較大進展，在原來基礎較好的北京、石家莊、上海和廈門等地的檢測機構，正在進一步擴大、完善檢測項目和內容。科技部重點支持上海和廈門的檢測平臺建設，加上地方政府的更大投入，現(xiàn)已粗具規(guī)模，可為半導體照明產品提供檢測服務。為推進半導體照明產業(yè)發(fā)展提供較好的公共檢測平臺。另外，國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局下文，同意廈門市產品質量檢驗所籌建“國家半導體發(fā)光器件(LED)應用產品質量監(jiān)督檢驗中心”，在原有基礎上再投資5000萬元進行建設，已于2009年11月建成驗收。國內LED市場潛力大投資漸趨活躍由于LED具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長等三大特點，其應用領域不斷擴大，應用產品不斷增多，因此，各方對LED產業(yè)的投資力度也不斷加大。高性能產品依賴進口LED產業(yè)鏈主要可分為4部分：LED外延生長、芯片制造、器件封裝和應用產品及相關配套產業(yè)。投資方可根據自身的現(xiàn)有條件和實力，根據市場需求情況，可選擇投資產業(yè)鏈中的任何一種或多種組合。LED的應用產品范圍很廣、品種很多，要擇優(yōu)投資。LED產業(yè)是高科技產業(yè)，又是節(jié)能減排政策鼓勵發(fā)展的產業(yè)，它本身又是環(huán)保型產品。從目前的半導體照明技術水平和市場需求來看，LED還有很大的發(fā)展空間，其前景被普遍看好。作為該項技術的主要指標，其發(fā)光效率實驗室的水平已大于150lm/W，其產業(yè)化水平達100lm/W，經過幾年的努力完全可以達到150lm/W～200lm/W的水平，這樣做成的光源在照明方面是非常節(jié)能的，比現(xiàn)在的照明燈起碼節(jié)省一半以上的電能。另外LED的應用面是非常廣的，主要在顯示和照明兩大領域，目前處于推廣應用的起步階段，其應用的前景可觀。雖然我國高亮度LED芯片產量于2007年超過210億只，但還遠遠不能滿足國內市場需求，進口芯片占很大比例，特別是高性能LED芯片和功率LED芯片幾乎全部進口。估計2008年高亮度芯片產量會超過300億只，但仍不能滿足國內市場需求，仍需大量進口。2007年，高亮度LED器件產量雖然達到250億只，但實際需求超過300多億只，特別是高性能LED器件，幾乎全部進口。國內LED應用產品市場目前的重點與國外不一樣，國際上現(xiàn)階段LED主要用于背光源、汽車及信息顯示部分，而目前國內LED除用于信息顯示之外，還用于景觀裝飾照明、交通信號燈及部分功能性照明，特別是城市景觀照明和路燈的開發(fā)應用，已經成為熱點。有人估計2008年LED應用產品的產值將達540億元。加上LED芯片、器件、模塊和配套原材料等，整個LED產業(yè)的產值將超過1000億元。中國加大投入LED產業(yè)近年來，我國明顯加大了對LED產業(yè)的投入。政府相關部門加大了資金投入，扶持半導體照明產業(yè)的研發(fā)和發(fā)展，如教育部投入大學的基礎研究項目資金，中科院投入研究所的研發(fā)項目資金，科技部以863項目投入的研發(fā)資金，原信息產業(yè)部以電子發(fā)展基金項目投入資金，國家發(fā)改委以擴大產業(yè)化規(guī)模項目進行投入等等。許多省、市也以各種形式投入資金發(fā)展半導體照明產業(yè)，有十幾個省、市將半導體照明產業(yè)作為本地區(qū)重點產業(yè)加以發(fā)展。國內相關企業(yè)集團和私營資本近幾年也積極投資半導體照明產業(yè)，有人估計投資額超過100億元。國內LED前工序企業(yè)近年新購置MOCVD設備40臺～50臺，芯片制造設備幾百臺套，擴大企業(yè)產能。國內最大的5家LED封裝企業(yè)均在近兩年內投資建設新廠房，增資購置自動化封裝設備。另外，由于各方投資的增加，近兩年還增加了很多新進入該領域的企業(yè)。當然，LED產業(yè)的投資風險也不容忽視。由于半導體照明產業(yè)屬于高科技產業(yè)，現(xiàn)有上萬個專利，對投資者來說，要充分了解該技術領域的專利保護和專利糾紛問題，不應隨意介入，否則有可能引來國際訴訟；對于準備在LED外延生長和芯片制造領域投資的企業(yè)而言，應充分考慮其核心技術的來源，最好要有自主知識產權的核心技術，否則重復投資LED的中、低檔產品，其風險較大；在市場開拓上，要充分考慮到韓國和我國臺灣地區(qū)相關產品市場競爭的激烈程度，特別是我國臺灣地區(qū)，其LED的技術水平較高，產量也較大，在市場競爭方面，對大陸企業(yè)形成較大的挑戰(zhàn)。技術、市場、政府支持缺一不可雖然我國LED產業(yè)發(fā)展速度較快，但技術水平與國際領先水平的差距仍然較大，主要是缺乏有自主知識產權的核心技術，其產品以中、低檔為主，產業(yè)化規(guī)模偏小，缺乏競爭能力。高性能LED和功率LED產品均要依賴進口，為此，對于如何加速發(fā)展LED產業(yè)，提出如下三點建議：第一，政府應加大支持力度，增強調控能力。一方面，應重點支持國家級半導體照明研發(fā)平臺建設，對分散重復的研究機構進行整合調整，真正支持有自主知識產權核心技術和創(chuàng)新項目的研發(fā)工作；另一方面，應該用政府引導和宏觀調控的辦法，對LED前工序規(guī)模偏小和有條件的后工序封裝企業(yè)要引導投資、重點扶持，進行整合、合資、合并，集中資源擴大產業(yè)化規(guī)模，使企業(yè)在國際上具有一定的競爭能力。對此，可借鑒韓國和我國臺灣地區(qū)的經驗。第二，應加強LED技術基礎研究、開發(fā)。在LED外延、芯片制造領域，應著重提高發(fā)光的內量子效率和外量子效率，提高產品性能、穩(wěn)定性、一致性和可靠性，提高產品的成品率，要有創(chuàng)新成果和自主知識產權的核心技術。在封裝領域，應加強白光LED和功率LED封裝技術的研發(fā)，主要是提高出光效率、出光均勻性、一致性，改進封裝結構，提高襯底散熱性能、降低熱阻，提高抗光衰能力和可靠性。在配套領域，應加強LED主要原材料、配套件和制造LED的關鍵設備的基礎研究、開發(fā)，主要是指襯底、有機源、環(huán)氧樹脂、硅膠、熒光粉、驅動電路和MOCVD（金屬有機物化學氣相淀積）設備等等。此外，還應該加強LED的光、電、色、熱學及照明參數(shù)的測試研究，并對LED光源的可靠性開展研究；同時，也應該重視LED應用產品的研發(fā)工作，要有創(chuàng)新意識，開發(fā)出市場需求的新產品。第三，應擴大LED應用市場。LED產品的應用面很廣，在推廣應用和市場開拓上，目前要重點抓住如下三個方面：一是加強中等尺寸和大尺寸LED背光源的研發(fā)工作，該市場潛力巨大，技術上逐步成熟，要抓住時機，盡快進入市場；二是加大用于汽車上的各種LED燈和顯示的研發(fā)工作，其技術已成熟，市場潛力很大，要盡快進入市場；三是加強開發(fā)半導體照明的應用，特別是開發(fā)專用照明和特種照明，該照明產品系列的技術已逐步成熟，正是開發(fā)應用的好機會，市場潛力也很大，要盡快進入市場。相關鏈接LED簡介半導體發(fā)光二極管(LightEmittingDiodes，簡稱LED)是半導體Ⅲ-Ⅴ族化合物(GaP、GaAlAs、GaAs、AlGaInP、GaN等)經加工產生P-N結后形成的器件，在外加一定電流的情況下，能發(fā)射紅外光、可見光或紫外光。目前高亮度LED主要有兩大類：四元系AlGaInP發(fā)紅光、橙光、黃光，GaN基發(fā)綠光、藍光、紫光和紫外光。其主要應用范圍也有兩大類：顯示與照明。由于LED技術的不斷進步，發(fā)光強度(輻射功率)和發(fā)光效率的不斷提高，這些高亮度半導體發(fā)光二極管作為光源已逐步進入光色照明、專用照明領域，并最終要進入普通照明領域。這些高亮度LED作為光源進入照明的領域通常稱為半導體照明。由于半導體照明比現(xiàn)有的照明光源更加節(jié)能，因此半導體照明又被稱為照明領域中的又一次革命。比如，一只60W的白熾燈泡要消耗60W的電能，發(fā)出大約800lm的光，用現(xiàn)有的節(jié)能燈管，需要12W-15W的電能，如果用半導體照明(假定發(fā)光效率為120lm/W-150lm/W)只需要6W-8W的電能，目前LED的發(fā)光效率為100lm/W，經過努力在未來幾年內達到120lm/W-150lm/W。

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