吳鳴鳴 楊鶴 國(guó)家半導(dǎo)體照明工程研發(fā)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟

半導(dǎo)體照明亦稱固態(tài)照明（SSL），包括發(fā)光二極管（LED）和有機(jī)發(fā)光二極管（OLED），是用第三代半導(dǎo)體材料制作的光源和顯示器件，具有耗電量少、無(wú)污染、壽命長(zhǎng)、色彩豐富、耐震動(dòng)、可控性強(qiáng)等特點(diǎn)，是繼白熾燈、熒光燈之后又一次革命性光源。

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，全球性的能源危機(jī)日益嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境和氣候變化成為人類(lèi)社會(huì)面臨的最大挑戰(zhàn)，以節(jié)能減排和保護(hù)環(huán)境為主要標(biāo)志的綠色發(fā)展已成為主流，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)成為帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的內(nèi)生動(dòng)力。而半導(dǎo)體照明是節(jié)能減排的重要途徑之一，對(duì)實(shí)現(xiàn)綠色、可持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。

近年來(lái)，歐洲各國(guó)依靠政策性引導(dǎo)，開(kāi)發(fā)出一系列節(jié)能技術(shù)用以推動(dòng)節(jié)能減排，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。2013年是歐盟第七框架計(jì)劃FP7（2007～2013）的最后一年?；仡欉@7年間歐盟對(duì)于推動(dòng)半導(dǎo)體照明所推出的一系列政策方針,從照亮未來(lái)到照亮城市再到照亮民眾,政策重點(diǎn)也從技術(shù)研發(fā)到實(shí)際應(yīng)用逐步轉(zhuǎn)移。作為半導(dǎo)體照明節(jié)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展領(lǐng)先的區(qū)域之一和我國(guó)LED照明產(chǎn)品最重要的出口目的地，歐盟的相關(guān)政策演變路徑對(duì)我國(guó)半導(dǎo)體照明相關(guān)政策的制訂有一定的借鑒意義。

1 歐盟半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的特點(diǎn)

1.1 LED綠色照明的興起

在照明應(yīng)用及技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域，歐洲一直處于領(lǐng)先地位，光學(xué)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)也是歐洲的新興產(chǎn)業(yè)，其增長(zhǎng)速度為世界平均增長(zhǎng)速度的兩倍。歐洲照明產(chǎn)業(yè)規(guī)模龐大，據(jù)歐盟統(tǒng)計(jì)，有超過(guò)1000家企業(yè)從事照明燈具及其電子配件行業(yè)，分布超過(guò)13個(gè)歐洲國(guó)家，大部分為中小規(guī)模企業(yè)；有超過(guò)15萬(wàn)雇員，其中直接雇員超過(guò)10萬(wàn)人；產(chǎn)業(yè)鏈中還有更多大量的OEM及其他企業(yè)，全產(chǎn)業(yè)年?duì)I業(yè)額超過(guò)200億歐元。據(jù)麥肯錫統(tǒng)計(jì)，歐洲約占全球照明市場(chǎng)的28%。

在半導(dǎo)體照明領(lǐng)域，歐洲也具有較強(qiáng)優(yōu)勢(shì)，結(jié)合其先進(jìn)的光學(xué)和照明燈具設(shè)計(jì)技術(shù)，歐洲可以為半導(dǎo)體照明技術(shù)提供先進(jìn)的解決方案。從國(guó)際分工看，歐洲主要從事高附加值產(chǎn)品生產(chǎn)，發(fā)揮其在應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)和善于吸收最新技術(shù)的轉(zhuǎn)換優(yōu)勢(shì)。

相關(guān)機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，在2010年的歐洲，LED照明市場(chǎng)滲透率（金額）只有約6.2%。而隨著淘汰白熾燈計(jì)劃的實(shí)施，LED照明的滲透率不斷提高。據(jù)歐盟測(cè)算，在歐盟國(guó)家區(qū)域內(nèi)將會(huì)有大約80億只球泡燈需要逐步被新型照明產(chǎn)品所替代。歐盟計(jì)劃在2020年將其提高到70%～90%。近幾年，歐洲半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展快速，除了歐洲民眾環(huán)保節(jié)能的觀念外，電價(jià)高也是相當(dāng)重要的動(dòng)力，它促使歐洲增加使用省電燈泡，是影響未來(lái)LED照明滲透率的重要因素之一。

此外，據(jù)CSA Research統(tǒng)計(jì)分析，歐盟是近年來(lái)中國(guó)LED燈具出口的最大海外市場(chǎng)，占比約28%，從2011年到2013年中國(guó)LED燈具對(duì)歐盟出口增量顯著，2012年與2013年同比增長(zhǎng)分別為41.88%和116.80%。

1.2 照明巨頭強(qiáng)勢(shì)進(jìn)入LED領(lǐng)域

在全球半導(dǎo)體照明市場(chǎng)份額中，歐洲約占10%，在OLED照明技術(shù)領(lǐng)域也占有領(lǐng)先地位。同時(shí)，歐洲擁有世界上最大的四家LED企業(yè)中的兩家——飛利浦和歐司朗。這兩大照明巨頭強(qiáng)勢(shì)進(jìn)入LED領(lǐng)域，其LED業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)也十分迅速。

圖1 2011～2013年中國(guó)LED燈具出口歐盟金額

飛利浦（Philips）是全球最大的照明企業(yè)。從白熾燈到熒光燈，再到LED照明，Philips始終站在各時(shí)代照明的最前沿，用10年時(shí)間完成了LED的產(chǎn)業(yè)鏈整合。2013年飛利浦照明業(yè)務(wù)的營(yíng)銷(xiāo)收入為84億美元（約500億人民幣），其中LED業(yè)務(wù)增長(zhǎng)很快，銷(xiāo)售額約23.8億美元，從2012年的23%增加到2013年的28%，2014年第一季度，LED業(yè)務(wù)銷(xiāo)售額達(dá)8.3億美元，占比飆升至37%。

歐司朗（Osram）是西門(mén)子(Siemens AG)的全資子公司，于2013年7月在德國(guó)上市。憑借著創(chuàng)新照明技術(shù)和解決方案，Osram不斷開(kāi)發(fā)人造光源的新領(lǐng)域，產(chǎn)品廣泛使用在公共場(chǎng)所、辦公室、工廠、家庭以及汽車(chē)各領(lǐng)域，成為照明行業(yè)的一家高科技公司，公司70%的收入來(lái)自高效節(jié)能產(chǎn)品，其LED業(yè)務(wù)增長(zhǎng)非常迅速。2013年Osram營(yíng)收為52.9億歐元，其中固態(tài)照明（包括LED、OLED）約為15.3億歐元，占比由2011年的19%上升到29%。

2 歐盟半導(dǎo)體照明節(jié)能產(chǎn)業(yè)相關(guān)政策解讀

從早期的照亮未來(lái)計(jì)劃，確立LED照明在照明領(lǐng)域的主流地位；到中期的照亮城市計(jì)劃，以城市為試點(diǎn)，大力推廣公共照明示范工程；再到最新的照亮民眾計(jì)劃，歐盟主導(dǎo)了這一系列政策變遷，進(jìn)一步細(xì)分LED照明功能，使之能更好的滿足能消費(fèi)者各方面需求。

2.1 彩虹計(jì)劃

2000年7月，歐盟實(shí)施“彩虹計(jì)劃”，設(shè)立執(zhí)行研究總署（ECCR），通過(guò)歐盟的BRITE/EURAM-3 program支持推廣白光LED的應(yīng)用。委托6個(gè)大公司（LSTM、CRHEACNRS、Epichem、Aixtron、Thomson-CSF、Philips）和2個(gè)大學(xué)（Surrey、Aveiro）執(zhí)行?！安屎缬?jì)劃”是歐盟至今最為完整的半導(dǎo)體照明發(fā)展計(jì)劃，希望通過(guò)應(yīng)用半導(dǎo)體照明實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能，不使用有害環(huán)境的材料，能夠達(dá)到與自然光相似的目標(biāo)。

表1 歐盟“彩虹計(jì)劃”聯(lián)盟構(gòu)成

“彩虹計(jì)劃”歷時(shí)42個(gè)月，主要內(nèi)容是發(fā)展氮化鎵基設(shè)備和相關(guān)的制造業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施，推動(dòng)兩個(gè)重要的市場(chǎng)增長(zhǎng)：一是高亮度戶外照明，如交通信號(hào)燈、大型戶外顯示牌、汽車(chē)燈等；二是高密度光碟存儲(chǔ)，如用于多媒體環(huán)境。“彩虹計(jì)劃”的主要技術(shù)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)光電設(shè)備的示范，包括LED在400～590 nm范圍發(fā)光原型和激光二級(jí)管在400 nm波長(zhǎng)時(shí)的工作。

歐盟“彩虹計(jì)劃”聯(lián)盟構(gòu)成如表1所示。

該項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)需要完善的氮化基技術(shù)背景，從材料研究到設(shè)備實(shí)現(xiàn)和表征，該項(xiàng)目包括四個(gè)成功實(shí)現(xiàn)的技術(shù)里程碑：①開(kāi)發(fā)了多晶片MOCVD生長(zhǎng)爐，用于生長(zhǎng)Ⅲ族氮化物材料；②辨別并開(kāi)發(fā)了最適宜的Ⅲ族源和高純氣體；③優(yōu)化了用于Ⅲ族氮化物的LP-MOCVD生長(zhǎng)過(guò)程；④定義構(gòu)成了第三代氮化鎵基設(shè)備的基本技術(shù)。

2004年7月，“彩虹計(jì)劃”的后續(xù)固態(tài)照明研究項(xiàng)目在歐洲正式啟動(dòng)。該項(xiàng)目由俄羅斯國(guó)家科技中心資助，Belarus國(guó)家科學(xué)院半導(dǎo)體光學(xué)實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)實(shí)施（德國(guó)西部的Aixtron公司參與）。這個(gè)為期三年的項(xiàng)目目標(biāo)在于提高白光LED的性能，探索以低成本的硅作為襯底來(lái)替代傳統(tǒng)的藍(lán)光LED生產(chǎn)中使用的藍(lán)寶石或碳化硅等小而昂貴的襯底。

2.2 EuP指令

2005年，歐洲議會(huì)和理事會(huì)正式公布了關(guān)于制定能耗產(chǎn)品環(huán)保設(shè)計(jì)要求框架的指令（以下簡(jiǎn)稱EuP指令）。2010年9月18日，歐盟發(fā)布非定向光源EC 244/2009的EuP指令執(zhí)行措施修訂法規(guī)（EC 859/2009）。根據(jù)該指令，歐盟將逐步禁止使用低效能燈泡（傳統(tǒng)的白熾燈泡和傳統(tǒng)鹵素?zé)襞荩?，所有非定向燈具（燈泡）必須遵守最低能源效益?guī)定。逐步淘汰措施于2009年9月1日開(kāi)始，規(guī)定非透明燈泡必須屬于A級(jí)類(lèi)別（按歐盟能源效益標(biāo)簽分類(lèi)）。透明燈泡至少必須達(dá)至能源效益標(biāo)簽的C級(jí)類(lèi)別。2016年后，透明燈泡的要求將提升至B級(jí)類(lèi)別，也就是說(shuō)，除非新技術(shù)出現(xiàn)，否則2016年后歐盟市場(chǎng)銷(xiāo)售的透明燈將只剩能效B級(jí)的低壓鹵素?zé)粢约癈級(jí)的帶G9或R7s燈頭的燈。這時(shí)家用燈將以高效節(jié)能的緊湊型熒光燈和LED燈（若LED家用燈技術(shù)得到普及）為主。此外，該法規(guī)還對(duì)額定壽命、光通維持率、報(bào)廢前開(kāi)關(guān)周期次數(shù)、過(guò)早報(bào)廢率、啟動(dòng)時(shí)間、顯色指數(shù)等與能效相關(guān)的性能指標(biāo)進(jìn)行了明確規(guī)定。

2．3 《照亮未來(lái)——加快新型照明技術(shù)利用》綠皮書(shū)

隨著LED技術(shù)的不斷成熟，LED產(chǎn)品成本的不斷降低，真正的行業(yè)拐點(diǎn)出現(xiàn)在2011年。這就是對(duì)后期歐盟照明產(chǎn)業(yè)影響巨大、具有指導(dǎo)意義的《照亮未來(lái)綠皮書(shū)》的頒布，制定LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展框架及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

FP7初期的幾年，歐洲照明用電約占其總用電量的14%（2012），能耗壓力巨大，歐洲LED照明產(chǎn)業(yè)一直處于萌芽狀態(tài)，技術(shù)的不確定性、產(chǎn)品的不確定性、市場(chǎng)的不確定性，一直困擾著歐盟各成員國(guó)以及各大企業(yè)。面對(duì)著經(jīng)濟(jì)不斷滑坡的困境，歐盟不得不加速推動(dòng)節(jié)能項(xiàng)目的進(jìn)行。而在與此同時(shí)的亞洲（以中國(guó)為主）和美國(guó)，在政府強(qiáng)有力的支持和推動(dòng)下，LED照明產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，給曾經(jīng)強(qiáng)勢(shì)的歐洲傳統(tǒng)照明產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了巨大壓力。為了使歐洲照明產(chǎn)業(yè)能夠維持全球化產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的前沿地位，歐盟推出了一系列有力的政策支持，克服各種困難障礙，同時(shí)推出了一系列節(jié)能照明措施和標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 照亮城市

據(jù)歐盟統(tǒng)計(jì)，公共照明占?xì)W洲城市照明用電預(yù)算的60%，而使用智能化LED產(chǎn)品進(jìn)行替換可以節(jié)省70%的用電量。據(jù)測(cè)算，在歐洲大約有9000萬(wàn)盞傳統(tǒng)街燈需要被替換，其中75%的傳統(tǒng)街燈已經(jīng)使用超過(guò)25年，其節(jié)電潛力巨大。因此，公共照明作為示范效果最明顯、初期推動(dòng)最容易的應(yīng)用領(lǐng)域，被選為首要推廣對(duì)象。

從2011年《照亮未來(lái)綠皮書(shū)》頒布以來(lái)，歐盟就開(kāi)始在一些試點(diǎn)城市中逐步推行一些示范項(xiàng)目，在公共照明領(lǐng)域推廣LED。到了2013年，這些試點(diǎn)項(xiàng)目也已經(jīng)取得了顯著的階段性成效。通過(guò)對(duì)產(chǎn)品全生命周期成本評(píng)估，歐盟認(rèn)為L(zhǎng)ED技術(shù)已經(jīng)是一種成熟的照明技術(shù)。隨著在其使用過(guò)程中不斷產(chǎn)生的節(jié)能效應(yīng)，城市使用的非聯(lián)網(wǎng)LED路燈可以在6到10年內(nèi)收回成本。

與此同期的歐盟能效指導(dǎo)方針要求歐盟成員國(guó)對(duì)政府辦公建筑物進(jìn)行改造，以滿足最低能效標(biāo)準(zhǔn)，并鼓勵(lì)使用能源管理系統(tǒng)。還要求政府只能采購(gòu)貼有能效標(biāo)簽并符合生態(tài)設(shè)計(jì)的高品質(zhì)產(chǎn)品。鼓勵(lì)家居照明用戶購(gòu)買(mǎi)這類(lèi)有品質(zhì)保障的LED產(chǎn)品。新的歐盟能效標(biāo)簽針對(duì)燈泡和燈具（包括LED燈泡和燈具）制定了新的能效標(biāo)準(zhǔn)A+和A++等級(jí)。政府綠色采購(gòu)計(jì)劃也對(duì)相對(duì)應(yīng)的采購(gòu)目標(biāo)實(shí)施了高標(biāo)準(zhǔn)高要求。

在具體LED項(xiàng)目實(shí)施中，歐盟鼓勵(lì)能源服務(wù)公司承擔(dān)照明改造項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)，隨著項(xiàng)目設(shè)計(jì)節(jié)能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，能源服務(wù)公司將能夠取得相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益。在這些試點(diǎn)城市中，大量公共場(chǎng)所使用了LED照明產(chǎn)品，包括很多街道照明產(chǎn)品，取得了相當(dāng)可觀的節(jié)能減排成效。