阮 軍

（國(guó)家半導(dǎo)體照明工程研發(fā)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，北京 100086）

1 發(fā)展趨勢(shì)

1.1 半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)

（1）革命性技術(shù)；

（2）產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)——材料、外延、芯片、封裝、模組、應(yīng)用、系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于顯示、背光、照明等；

（3）多學(xué)科、多領(lǐng)域交叉融合；

（4）基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究同步；

（5）未來(lái)產(chǎn)品形式、商業(yè)模式可能發(fā)生顛覆性改變。

1.2 技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

（1）更大尺寸的外延片及新材料的應(yīng)用；

（2）產(chǎn)業(yè)鏈縮短、價(jià)值鏈整合；

（3）更多、更創(chuàng)新的應(yīng)用；

（4）更多的功能；

（5）對(duì)企業(yè)的技術(shù)、研發(fā)能力、人才儲(chǔ)備要求日益提高。

1.3 全球應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)

（1）J.P.摩根預(yù)測(cè)，到2015年，LED價(jià)格下降到目前的20%，進(jìn)入50%的通用照明市場(chǎng)；

（2）飛利浦預(yù)測(cè)，到2020年，LED將占有超過(guò)75%的通用照明市場(chǎng)。

1.4 全球產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)

（1）垂直整合、水平分工；

（2）傳統(tǒng)照明產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、相關(guān)產(chǎn)業(yè)融入。

1.5 市場(chǎng)潛力巨大（參見(jiàn)表1）

表1 LED產(chǎn)值年增長(zhǎng)率預(yù)測(cè)（數(shù)據(jù)來(lái)源：國(guó)家半導(dǎo)體照明工程研發(fā)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟CSA）

1.5.1 LED通用照明主要應(yīng)用產(chǎn)品：管燈、球泡燈及射燈

2010年中國(guó)LED照明光源產(chǎn)品產(chǎn)量超過(guò)1.5 億只，預(yù)計(jì)2015年將超過(guò)14 億只。

1.5.2 替代市場(chǎng)潛力巨大（參見(jiàn)圖1）

1.6 我國(guó)現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)

1.6.1 產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)取得階段性突破（參見(jiàn)表2、圖2）

（1）以企業(yè)為主體的100 lm/W制造技術(shù)提前完成任務(wù)指標(biāo)；

（2）芯片國(guó)產(chǎn)化比例達(dá)到62%；

（3）大功率封裝技術(shù)基本與國(guó)際保持同步。

1.6.2 Si基LED關(guān)鍵技術(shù)取得突破

半導(dǎo)體白光照明三大技術(shù)路線之一的Si襯底GaN基LED外延擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

圖1 LED通用照明產(chǎn)品替代時(shí)間預(yù)測(cè)（數(shù)據(jù)來(lái)源：CSA）

表2 國(guó)內(nèi)外功率型白光LED技術(shù)指標(biāo)對(duì)比（2010年12月）（數(shù)據(jù)整理：CSA）

（1）國(guó)際上首次推出Si襯底功率型GaN基LED芯片，已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化；

（2）通過(guò)生長(zhǎng)高位錯(cuò)密度過(guò)渡層，解決了Si襯底GaN外延過(guò)程中因熱膨脹導(dǎo)致龜裂等關(guān)鍵技術(shù)難題，申請(qǐng)發(fā)明專利15項(xiàng)，其中國(guó)際專利3項(xiàng)；

（3）封裝白光后光效超過(guò)90 lm/W。

1.6.3 重大裝備取得階段性進(jìn)展

（1）開(kāi)發(fā)出6片/7片型MOCVD樣機(jī)，外延膜膜厚均勻性和薄膜重復(fù)性≤±5%，片內(nèi)均勻性<±3.50%，用該設(shè)備外延獲得的LED器件功率為8 mW，經(jīng)過(guò)近2年的運(yùn)行，設(shè)備狀態(tài)穩(wěn)定，材料質(zhì)量?jī)?yōu)異，無(wú)故障；

（2）采用高純SiC材料，設(shè)計(jì)加工完成了消耗性、易損性部件7片襯底托，研制成功高溫加熱絲。

1.6.4 產(chǎn)業(yè)初具規(guī)模，產(chǎn)業(yè)鏈日趨完整（數(shù)據(jù)整理：CSA）

（1）2010年，芯片國(guó)產(chǎn)化率超過(guò)60%；企業(yè)近4 000家，產(chǎn)值1 200億元。

上游（外延、芯片）：2010年產(chǎn)值50億元，增長(zhǎng)率達(dá)到117%，60多家企業(yè)；

中游（封裝）：2010年產(chǎn)值250億元，增長(zhǎng)率達(dá)到23%，1 000多家企業(yè)；

下游（應(yīng)用）：2010年產(chǎn)值900億元，增長(zhǎng)率達(dá)到50%，2 500多家企業(yè)。

（2）未來(lái)5年復(fù)合年均增長(zhǎng)率（CAGR）達(dá)到33%，產(chǎn)業(yè)規(guī)模超過(guò)5 000億元。

1.6.5 應(yīng)用規(guī)模增長(zhǎng)迅速，照明應(yīng)用增長(zhǎng)尤為突出（參見(jiàn)圖3）

（1）2010年，應(yīng)用產(chǎn)值900億元；

（2）照明應(yīng)用增長(zhǎng)尤為突出（2010年照明應(yīng)用較2009年增長(zhǎng)7%），但以出口為主，國(guó)內(nèi)室內(nèi)照明應(yīng)用比例仍然較小。

1.6.6 示范應(yīng)用節(jié)能效果初步顯現(xiàn)

（1）北京國(guó)家游泳館“水立方”首次實(shí)現(xiàn)了世界上最大規(guī)模的全彩色可變場(chǎng)景LED景觀照明，節(jié)電70%；

（2）上海世博園區(qū)內(nèi)使用10.3億顆LED芯片，場(chǎng)館室內(nèi)照明光源中約80%采用LED；

（3）哈爾濱冰雪節(jié)LED景觀照明。

1.6.7 功能性照明產(chǎn)品應(yīng)用

LED路燈、隧道燈增速超過(guò)100%。地鐵、商場(chǎng)、辦公場(chǎng)所、地下停車場(chǎng)、學(xué)校、醫(yī)院等室內(nèi)照明均有示范案例，據(jù)國(guó)家半導(dǎo)體照明工程研發(fā)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（Chian Solid State Lighting Alliance，簡(jiǎn)稱CSA）統(tǒng)計(jì)已超過(guò)160萬(wàn)只。

1.7 影視舞臺(tái)照明應(yīng)用LED燈具的優(yōu)勢(shì)

（1）光效高

目前LED 光源的量產(chǎn)光效已超過(guò)100 lm/W，是鹵鎢光源的4～5倍。

以長(zhǎng)安大戲院為例，原有鹵鎢燈具總功率高達(dá)448 kW，而替換為L(zhǎng)ED 燈具后，總功率只有75.8 kW，僅為原來(lái)的17%。

（2）紅外輻射極低，明顯改善使用環(huán)境

鹵鎢燈產(chǎn)生大量的紅外輻射，照射在播音員身上會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的灼熱感。

LED光譜不含紅外和紫外成分。

（3）色溫非常穩(wěn)定

調(diào)光過(guò)程中的色溫變化與鹵鎢燈相比有很大優(yōu)勢(shì)。

（4）光源壽命長(zhǎng)

（5）安全性高

LED 屬于固體發(fā)光冷光源，而且工作電壓低，工作溫度低，使用安全可靠，不會(huì)出現(xiàn)鹵鎢燈具高溫帶來(lái)的火災(zāi)隱患以及燈泡破碎引起的安全問(wèn)題。這對(duì)于節(jié)目的制作尤為重要。

（6）綠色環(huán)保

LED 在生產(chǎn)及使用過(guò)程中不產(chǎn)生污染，由于耗電量降低，極大地減少了二氧化碳排放，是新一代綠色環(huán)保光源。

（7）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

LED 照明方案全部采用DMX 信號(hào)直接控制，省去傳統(tǒng)的調(diào)光硅箱和相應(yīng)的電纜，減少了調(diào)光系統(tǒng)、電纜和電纜橋架及電源分配系統(tǒng)的投資。

1.8 國(guó)內(nèi)LED舞臺(tái)燈具成功案例

（1）中央電視臺(tái)

（2）長(zhǎng)安大戲院

作為世界首家全部采用LED燈具的試點(diǎn)劇場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了節(jié)電80%、耗材節(jié)省90%以上的節(jié)能目標(biāo)。

（3）北京人民大會(huì)堂（參見(jiàn)圖4）

萬(wàn)人大禮堂主席臺(tái)160盞舞臺(tái)燈改造。經(jīng)過(guò)大會(huì)堂管理局現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，主席臺(tái)平均照度984 lx，較改造前的平均照度698 lx提高約40%；

LED燈具外殼表面溫度最高為45℃（原燈具外殼溫度80℃），主席臺(tái)照明和環(huán)境溫度明顯改善；

主席臺(tái)照明總功率由160 kW降低到24 kW，下降了85%，節(jié)能效果顯著。

圖4 人民大會(huì)堂舞臺(tái)燈改造前后對(duì)比

2 面臨挑戰(zhàn)

2.1 “上·下”端口

需要培育、放大應(yīng)用端的市場(chǎng)出口。

2.2 “軟·硬”瓶頸

（1）軟件

技術(shù)人才隊(duì)伍；

公共研發(fā)平臺(tái)；

標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)及認(rèn)證體系。

（2）硬件

關(guān)鍵材料；

關(guān)鍵設(shè)備；

關(guān)鍵技術(shù)。

2.3 “聚·散”形態(tài)

（1）散：企業(yè)及研究力量規(guī)模小且分散；

（2）聚：產(chǎn)品過(guò)度集中，特色不突出。

3 發(fā)展建議

3.1 培育市場(chǎng)

（1）政府給予補(bǔ)貼及采購(gòu)；

（2）示范工程；

（3）EMC等新型商業(yè)模式；

（4）對(duì)消費(fèi)者的宣傳教育。

3.2 健康的生態(tài)系統(tǒng)

3.2.1 規(guī)范市場(chǎng)

（1）完善標(biāo)準(zhǔn)體系；

（2）建立網(wǎng)絡(luò)式的檢測(cè)平臺(tái)；（3）開(kāi)展節(jié)能產(chǎn)品的認(rèn)證。

3.2.2 建立公共研發(fā)平臺(tái)

（1）核心裝備、原材料國(guó)產(chǎn)化；

（2）下一代白光核心技術(shù)；

（3）互換性、兼容性、通用性的標(biāo)準(zhǔn)化光源/模塊及接口；

（4）上下游多學(xué)科技術(shù)交叉融合，系統(tǒng)集成。

3.2.3 加強(qiáng)人才培養(yǎng)，支撐產(chǎn)業(yè)可持續(xù)創(chuàng)新

（1）創(chuàng)新人才與創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)，開(kāi)設(shè)相關(guān)學(xué)科教育；

（2）開(kāi)展職業(yè)資格培訓(xùn)認(rèn)證，形成創(chuàng)新人才開(kāi)發(fā)模式。

3.3 優(yōu)化產(chǎn)業(yè)發(fā)展

（1）產(chǎn)業(yè)鏈整合戰(zhàn)略；

（2）價(jià)值鏈優(yōu)化戰(zhàn)略；

（3）產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)同步發(fā)展戰(zhàn)略；

（4）實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的綠色制造，可循環(huán)發(fā)展。

3.4 推廣影視舞臺(tái)LED照明應(yīng)用

3.4.1 已具備推廣條件

（1）大功率半導(dǎo)體照明產(chǎn)品的出現(xiàn)，已經(jīng)可以全面滿足舞臺(tái)專業(yè)照明對(duì)色溫、顯色性等高標(biāo)準(zhǔn)的要求；

（2）國(guó)內(nèi)已有商品化的各種半導(dǎo)體照明舞臺(tái)專用燈具，其電光轉(zhuǎn)換效率可提高6～14倍；

（3）《舞臺(tái)演藝用LED燈》、《舞臺(tái)演藝用LED燈具技術(shù)規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)公布；

（4）隨著產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，半導(dǎo)體照明燈具價(jià)格亦呈現(xiàn)快速下降趨勢(shì)。

3.4.2 進(jìn)一步推廣影視舞臺(tái)LED照明應(yīng)用的建議

（1）政府層面合理規(guī)劃，宏觀引導(dǎo)；

（2）進(jìn)一步加強(qiáng)燈具的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)和產(chǎn)品認(rèn)證工作；

（3）加強(qiáng)宣傳半導(dǎo)體照明節(jié)能技術(shù)在舞臺(tái)應(yīng)用的效果。