| “十二五”建言谋求跨越式发展之路 | |
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今年两会期间，如何推动我国战略性新兴产业，发展绿色经济和低碳经济成为倍受关注的热点问题。国家发改委也于两会前成立了加快培育战略性新兴产业研究部协调小组，正式启动加快培育战略性新兴产业发展思路的研究工作，编制战略性新兴产业发展“十二五”规划。有关专家认为，随着相关政策的进一步明朗，包括半导体照明等在内的战略性新兴产业，有望迎来全新的发展机遇。 半导体照明作为战略性新兴产业，在“十一五”期间获得了蓬勃的发展，芯片光效突破100 lm/W，产业年产值超过800亿元。在“十一五”向“十二五”过渡的这个时间结点上，我国半导体照明产业的发展也迎来了重要的转型期。未来，我国半导体照明产业应该寻求一种跨越式的发展之路。那么在下一个五年计划中，我们应该遵循怎样的技术路线？如何解决核心专利？整个产业应该如何部署？…… 很多业内专家纷纷为半导体照明产业的“十二五”规划建言献策，有专家建议，“十二五”规划应注重自主创新，解决核心技术与专利，注重前瞻性、探索性的新的技术路线布局；也有专家建议，应该注重产业化的关键技术，注重市场与产品的技术集成创新问题；也有专家提出要走低成本、规模化的技术路线；也有专家建议，“十二五”规划一定要在材料和装备上面有所突破，开展照明应用基础理论研究……在此，本刊将业内专家对“十二五”规划的建议进行了收集整理，以期为政府决策提供参考。 江风益：需解决硅衬底做LED芯片几大关键技术 在硅衬底上做氮化镓LED，按照目前效率和成本预测，将分为三个阶段：到2010年将达到90~100lm/W,平均1W的芯片成本约1元；到2015年将达到120~140lm/W， 平均1W的芯片成本将降到2010年的1/2；到2020年将达到160~200lm/W， 平均1W的芯片成本将降到2010年的1/3。到那时，如果用LED替代60W的白炽灯，芯片的价格约1.5元。当然这有个前提，即发展出减缓DROOP效应的发光结构，这是目前任何一种衬底外延氮化镓LED要解决的共性问题。 目前硅衬底的功率型LED做成白光的效率普遍是70~80lm/W， 量产的芯片以0.2毫米x0.2毫米的蓝绿光芯片为主，还没有发现发展高效率硅衬底LED存在物理上的瓶颈。从微观上来分析，最近国际上一流水平的外延材料位错密度TDD约6×108cm -2 ，我们的硅衬底LED也在这个范围；从宏观方面看，硅衬底LED在高电流密度下性能稳定。 从现有水平看，硅衬底半导体照明技术路线需要攻克几大关键技术，包括6英寸MOCVD设备制造技术、6英寸外延材料生长技术(减缓DROOP效应的发光结构)以及6英寸芯片制造技术。 王军喜：加大深紫外材料生长和器件应用的研究开发 深紫外LED（UV-LED）主要应用在生物医疗、防伪鉴定、净化（水、空气等）领域、计算机数据存储和军事等方面。而且随着技术的发展，新的应用会不断出现以替代原有的技术和产品，紫外LED有着广阔的市场应用前景，如紫外LED光疗仪是未来很受欢迎的医疗器械，但是目前技术还处于成长期。 日本凭借其在蓝光LED领域的先发优势，在UV-LED方面的进展举世瞩目。尤其是日亚公司，在365nmUV-LED的研究上遥遥领先；美国在深紫外的研究方面领先，但是近年已经被日本超越；我国台湾和韩国起步相对较晚，在该领域也取得了一些进展；国内在该领域近年来发展很快。与蓝光不同，目前紫外LED正处于技术发展期，在专利和知识产权方面限制较少，有利于占领、引领未来的技术制高点。国内在紫外LED的装备、材料和器件方面都有了一定的积累，目前正在积极的向应用模块发展。在UV-LED形成大规模产业之前，还需要国家的引导和支持，以便在核心技术方面取得先机。 未来主要研究目标是研究高质量的深紫外材料外延生长技术；高Al组分AlGaN材料生长技术和掺杂技术；深紫外LED结构设计；波长300nm以下LED器件芯片制作工艺和封装技术；面向医疗、杀菌和净化应用领域的紫外光源模块开发和应用。 需解决的技术难题是蓝宝石衬底上高质量AlN模板的MOCVD外延生长；AlGaN量子阱的发光机制研究与结构控制技术；P型高Al组分AlGaN掺杂技术研究；紫外LED出光效率提高技术；深紫外LED的器件工艺和封装技术；深紫外LED的应用模块研制等。 肖国伟：通过芯片与模组光源创新技术路线 随着LED效率提升，中上游LED产业的技术重点将逐步向降低成本、提升LED器件性能方面发展。未来以LED外延、芯片、封装材料为核心的中上游LED技术，仍然是技术发展的重点。如果没有中上游LED核心技术的依托，我国LED照明产业在国际竞争中必将上演“狼与羊”的故事，但是如果没有中上游LED核心产业的基础，仅靠渠道和市场也难以换来核心技术。台湾地区LED产业发展的两种模式值得国内借鉴，一是上下游企业合作，实现垂直整合；二是跨行业整合发展，如LCD大厂奇美、友达、鸿海等联合，以及集成电路产业大厂台积电的切入。 LED核心技术发展的趋势是发光效率与器件成本降低并重。未来随着外延芯片技术的提升，其成本比例将迅速下降，分立式芯片后端工艺、传统封装工艺将成为成本瓶颈。当LED器件效率大于150lm/W时，大尺寸LED芯片、封装散热的问题将逐步降低，传统LED封装将面临成本、结构问题。通用照明对LED光源设计、多功能使用的要求，使模组光源、系统功能光源需求迅速增加。目前的外延芯片技术不能使LED芯片后端工艺成本得到根本改变，下一步应该开发创新性的LED后端技术，或者由上游芯片工艺控制完成的封装技术，使LED芯片与系统内封装工艺结合。 LED产业的发展模式将类似超大规模集成电路产业发展模式。在半导体产业中，革命性封装技术变革是由芯片技术带动的，中上游核心技术逐步涵盖、跨越传统封装技术，能够创造性的减少封装工艺环节和成本。LED技术与Si集成电路技术融合后，产业将出现交叉技术路线的发展，这是我们创造自主核心技术路线的机遇。应用超大规模集成电路技术、晶片级封装技术、系统内封装技术与LED芯片工艺结合，将减少传统单一LED芯片封装工艺和成本，实现芯片级光源。 LED芯片光源技术与模组光源技术是在中国首先提出，具有完整技术体系的发展路线，可以根据未来LED灯具照明需求，整合IC、MEMS、照明设计等技术，开发、提供多功能、多品种光源产品，能够创造性提供一个“产品技术平台”，改变我国LED技术目前跟随国际传统LED技术的被动局面。而通过引入Si集成电路及其他半导体技术，能够创造新型LED技术路线，绕开目前传统LED芯片、封装工艺的专利壁垒。LED芯片与模组光源技术能够发挥我国市场控制和下游企业开发技术的优势，使下游灯具应用企业参与中上游LED核心技术发展。建议“十二五”规划考虑以上方面情况，结合半导体照明的企业和市场，结合中国的现状，规划出一条有中国特色的半导体照明战略路线。 李刚：研究开发量产型外延炉非常重要 外延炉及相配套外延技术是产业链的最高段，技术门槛最高，投入风险最大，成功回报效率最高，是决定后续发光效率提升的主战场。新型外延炉是未来突破的关键，是决定后续成本下降的主要环节，性价比高的专用外延炉是未来发展的趋势。 全球外延炉需求量每年将有30%~50%的增加，2011 年全球仅为满足生产半导体白光照明用外延片所要的外延炉数量将达到314台，仅亚洲市场将达到263台，销售额接近3.5亿美元。加上其它应用市场，2011年外延炉的市场规模将接近15亿美元，2015年外延炉的市场规模将接近30亿美元。技术决定应用，市场决定投资行为。极具爆炸性成长的未来市场正在触发一轮新的投资热潮。然而目前外延炉市场处于不健康的垄断状况，已干扰和影响产业的健康快速发展。 目前我国MOCVD设备开发主要问题是研发与产业化脱节、设备与工艺脱节。针对这两个问题，建议“十二五”期间在装备方面，引进以产业化运作为主旨的专业经营与技术团队和以市场化为目的投资方的企业管理模式，以几年后的市场需求引领重大装备的研究与开发，以OEM/ODM为制造模式，为全社会提供外延技术的研发平台，形成拥有自主知识产权(核心专利)的外延技术和外延炉设计技术，用企业的滚动发展确保项目的生根发芽开花结果，使项目的效益与企业的可持续发展形成生命共同体。在现有基础上，大胆突破，瞄准三年后主流市场的单机容量，在拥有自主知识产权的外延炉上培养外延人材，开发外延技术，从根本上保障我国半导体照明产业的可持续发展，提升我国半导体照明产业的竞争能力。 宋恒毅：用LED背光应用技术拉动通用照明市场 从2005年开始发展至今，LED液晶电视得到了全面的发展。特别是2009年德国IAF展，开启了世界LED背光电视的热销序幕，国内各大厂商立即跟进LED液晶电视开发。例如海信、海尔、创维、TCL、康佳、长虹、厦华和清华同方及新科等品牌厂LED背光电视的应用也已全面启动，并且已经展开全面销售，其它二三线整机出口厂也全面展开量产LED背光电视。LED背光电视全尺寸需求量突然加快，预计三星2010年生产LED背光电视1600万台至1800万台，全球会有超过2500万台LED背光电视的生产。 与此同时，中国是一个大的电视生产基地，据统计，2009年是9000多万台，2010年将会超过1亿台，这1亿台中如果有1000万台是LED背光电视，那么必将会有效地拉动产业链上游的增长和发展。目前，LED已经出现短缺, LED芯片企业纷纷扩产来满足其市场需求，LED系统厂商、LED封装系统厂商、LED发光条厂、带动导光板材厂也纷纷扩充产能。大规模效应必将促成LED系统成本降低，一方面因为扩大量产将会促进成本下降，另一方面由于背光电视仅用了较好的芯片，会带来大量的边缘芯片，可能用低价冲击常规芯片(通用照明等)使用的市场降低成本，同时也加快LED民用照明市场普及的步伐。在“十二五”期间，完全会以LED背光电视背光应用技术为龙头，快速扩大其产业化，拉动LED上游及通用照明的千亿产值。 周太明：增加对照明的视觉功能和生物功能的研究 人们会习惯性地认为照明主要是有视觉功能，其实不然，照明还有生理功能，它控制着我们的生物钟，影响着我们的健康和我们的情绪。2002年美国Brown大学的David Berson发现了一种新的感光细胞，它是视网膜上的神经结细胞(RGCs—Retinal Ganglion Cells)。这种感光细胞直接连接到下丘脑的松果体，从而影响人的生理功能。与视网膜上的杆状细胞和锥状细胞一样，这种神经结细胞对于不同波长的光的灵敏度也是不同的，它对波长约为460nm的蓝光最敏感。清晨，周围的光环境处于高色温的状态，蓝色光的成分比较丰富，刺激着视网膜上的神经结细胞，使我们体内皮质醇的浓度增高，并抑制褪黑色素的分泌。这样，一早起来，我们的身体就充满了活力，精力充沛地开始一天的工作。到黄昏时，周围的光环境逐渐变为低色温的状态，蓝色光的成分很少，使体内皮质醇的分泌减少，褪黑色素的浓度增高，因而我们渐渐感到疲劳，需要休息和睡眠。自然光就是这样通过视网膜上的神经结细胞来控制我们体内的生物钟，使我们的生理活动适应昼夜和四季的节奏变化。因此，我们的照明如果也能像日光那样变化的话，就能为我们提供一个舒适、和谐的光环境，从而提高工作效率，并增进我们的健康。与传通光源灯具相比，LED灯具可以更容易实现这样的照明。 现在，随着LED光效的提高和性能的改善,LED路灯的应用受到人们的重视。道路照明属于低亮度的照明，什么样的灯的光谱对低照明水平时的视觉有利？在道路照明中，应该选用什么色温的光源？是暖白光？还是中性的光色？还是冷白光？到目前，很多问题没有明确的答案。所以我们除要加强对LED灯具光学设计的研究，培养一批高水平的光学设计人才，进一步规范LED灯具的性能指标,尤其是光学特性的指标，还应加强对照明的视觉效应和生理效应的研究，进一步弄清光源的光谱（色温，显色性）对照明的影响。 因此,建议在LED照明应用研究项目中，增加对照明的视觉功能和生物功能的研究，尤其是对适合于诸如道路等需要低亮度照明场所的光源光谱特性（色温、显色性）的研究。 华桂潮：及早布署研究新一代LED驱动电源技术 目前LED驱动电源的关键问题是品质问题(包括寿命及可靠性)、效率问题、成本问题，最大的问题是缺乏行业标准。目前大多数LED灯具失效是由驱动电源引起，大大延迟了LED照明的普及和推广。低效LED电源的使用严重影响LED灯具的节能效果，低效率意味着高温升，短寿命及低可靠性，独特的多路恒流输出要求也大大增加了电源成本。缺乏行业标准是最大的问题，市场上许多产品按一般工业电源设计，寿命很短，而且没有过关的防雷和防水设计，少量多品种导致高设计（包括UL论证）及生产成本，严重影响可靠性。 第一代LED驱动电源主要采用完全分开独立设计，系统效率较低，普遍在84%~88％左右，存在系统匹配性问题，同时发热严重、寿命短、可靠性低且成本高。 第二代LED驱动电源恒压源和恒流源模块集中设计，系统效率明显提高，达到88%~91％左右，寿命和可靠性大幅度提高，成本明显下降。电能转换还是分三级完成AC/DCPFC+DC/DC隔离降压+多路DC/D恒流。 下一代LED驱动电源，电能转换分两级完成，新的主电路拓扑加新的控制方案，系统效率进一步大幅度提高，达到94%~96％，驱动器耗能比第二代产品再下降30%~50％，寿命和可靠性进一步大幅度提高，成本大幅度下降，同时还增加了智能无极调光功能。建议及早布署研究新一代LED驱动电源技术。 华树明：LED发展应注重光的基础理论研究 人类几百年都生活在太阳光、火光下，只有在近100多年才生活在人工光源下。光与人的关系非常密切，生产生活都离不开它。半导体照明把光变得更加丰富多样，过去荧光灯和传统照明不能实现的颜色和形态它都能实现，这给照明开拓了一个很宽广的未知领域，很值得研究、预测它的未来技术发展，只有这样才有可能把握未来。 人需要什么光呢？什么样的光对人是好的？现在大家的关注目标都是在光效上。节能是首要的，节能之后还要让人感觉舒服，改进人们的生活环境。然而目前我们对光和人的研究太少，因此我们应加强研究人和光的问题，特别是研究人与半导体照明的问题。 半导体照明的出现将要在某些地方修改我们的传统照明理念，也将在某些地方修改光度学、色度学的基础理论。基础理论研究目前欧美人做的比较多，我们也应利用现在照明革命性变化的时代赶上去，加强照明相关技术的基础理论研究。凭着以前自然光、太阳光、高压汞灯、荧光灯、白炽灯等人工光源为主建立的光度学、色度学的基础，再根据LED的光谱特性去研究，并在两三年内有所突破。 与此同时，像其他工业技术一样半导体照明也应是测试方法研究在先，产品性能指标标准在后。中国人要研究自己的测试方法，半导体照明的标准不是最高级的，性能标准不应仓促规定，要给人一种想象性的上升空间。而半导体照明产品标准中最重要的是产品的规格标准化，与性能相比应先确定统一的规格。中国单靠企业力量确定规格很难，应该依靠政府力量，依靠产业、联盟，依靠每一位半导体照明业界工作者，群策群力来实现。 建议要研究基础理论，应用基础理论光度学、色度学、人与光之间的基础理论；研究产品规格的标准化；研究规定测试方法的统一，测试方法不应盲从国外，应该跟积极开展国外合作，去影响他们，这才是我们的战略。 刘式墉：建议OLED与LED互补发展 白光OLED预计能和无机白光LED形成互补发展，在节能减排方面将大有作为，目前国际上有机白光发展很快、有需求，投资大体和无机LED相当，即将形成产业；国内目前已有相当积累和基础，到了取得突破的前期。 作为面光源，有机白光LED特别适于发展室内照明，如壁纸照明，柔性、透明照明，楼道照明（防踏空）、景观照明等。因此，它正好和作为点光源的无机LED的应用互补。目前有机白光LED发展中面临的挑战是性能、价格以及专利。尽管目前OLED还远不如无机LED，但发展还是很快，从国际上看，研究水平也只落后无机LED两年左右。受近年有机LED照明发光效率迅猛增势的影响，美国能源部将此前“到2025年力争实现150lm/W的有机发光效率”的开发目标，提前到2012年实现。日本学者认为，虽然目前有机LED照明的成本还非常高，但随着性能的提高、量产的推进会迅速下降，到2015年将达到作为普及标准值的“1日元/lm” 。甚至有人预测，到2020年有机LED照明的成本将与白炽灯持平。 对于照明应用，关键性能是有机白光器件的能量转换效率（功率效率）它取决于：内量子效率和输出耦合效率。目前国内对于用荧光（或低效率的磷光）蓝色材料的荧光磷光白光器件，不用输出耦合及P、N掺杂技术，没有精心优化器件结构，与国外同类型器件的水平差距不大，虽然我们目前在P、N掺杂技术、输出耦合技术以及高效、长寿命的蓝色磷光材料等方面也进行了很多研究但这方面同国外差距还很大；综和利用这些技术和高性能材料国外已有功率效率达到100lm/W并有相当长寿命的报道，正向产业化推进。我们相信如果加强这些方面的投入和研究，我们一定能缩短同国外的差距。 有机LED要想形成产业，拥有核心专利至关重要，有机LED方面，日本专利的申请数占了全球的近2/3，大大领先于美国等其他国家，而我们缺少核心专利。 建议有机白光LED与无机LED互补发展。建议“十二五”期间发展有实际应用价值的蓝色磷光材料，发光效率大于20lm/W， 寿命长达5000~10000小时，这是实现白光器件达到100lm/W的关键；建议发展高电子迁移率传输材料，电子迁移率要比目前高1~2个量级，以利实现优源区的注入平衡；建议积极发展P、N掺杂技术和输出耦合技术等以利提高功率转换效率；在上述研究发展中提倡形成核心专利，以利产业的发展。在布局方面，先要技术突破，产业适时介入，欢迎产业先期投入；在管理上，坚持择优支持，分工（材料、器件、寿命、加工工艺等方面）合作，成果共享，强调物理和化学家的结合，创造条件定期交流。更希望从事有机LED研发的同行更加努力早日拿出有一定显示度的样品。 我们坚信只要“十二五”期间采用正确的技术路线和恰当的部署，就可以缩小与国外在半导体照明方面的差距甚至是赶上。 裴小明：COB光源模块今后将成为主流封装模式建议厂家适时作出调整 LED有分立和集成两种封装形式。LED分立器件属于传统封装形式，广泛应用于各个相关的领域，经过近四十年的发展，已形成一系列的主流产品形式。LED的COB模块属于个性化封装形式，主要为一些个性化案例的应用产品而设计和生产，目前还没有形成主流产品形式。 半导体照明灯具要进入通用照明领域，生产成本是第一大制约因素。要降低半导体照明灯具的成本，必须首先考虑如何降低LED的封装成本。传统的LED灯具做法是：LED光源分立器件→MCPCB光源模组→LED灯具，主要是基于没有适用的核心光源组件而采取的做法，不但耗工费时，而且成本较高。实际上，我们可以将“LED光源分立器件→MCPCB光源模组”合二为一，直接将LED芯片和MCPCB一起做成COB光源模块，走“COB光源模块→LED灯具”的路线，不但可以省工省时，而且可以节省器件封装的成本。 在成本上，与分立光源器件相比，COB光源模块在照明应用中可以节省器件封装成本、光引擎模组制作成本和二次配光成本。在相同功能的照明灯具系统中，总体可以降低30%左右的成本，这对于半导体照明的应用推广有着十分重大的意义。在性能上，通过合理地设计和模造微透镜，COB光源模块可以有效地避免分立光源器件组合存在的点光、眩光等弊端，还可以通过加入适当的红色芯片组合，在不降低光源效率和寿命的前提下，有效地提高光源的显色性（目前已经可以做到90以上）。在应用上，COB光源模块可以使照明灯具厂的安装生产更简单和方便。在生产上，现有的工艺技术和设备完全可以支持高良品率的COB光源模块的大规模制造。随着LED照明市场的拓展，灯具需求量在快速增长，我们完全可以根据不同灯具应用的需求，逐步形成系列COB光源模块主流产品，以便大规模生产。 传统的LED分立光源器件难以适应照明领域对性能、成本、应用配合和使用习惯的要求，COB光源模块将成为今后LED光源照明应用的主要封装形式。我们半导体照明产业界应当调整发展思路，做出相应的变革。研究不同照明应用的共性特点和系统的解决方案，形成若干种（尽可能少）COB光源模块主流产品形式并加以推广应用。在即将到来的变革中，政府相关部门运用引导、组织、协调和扶持将起重要的作用，这也正是“十二五”规划的意义所在。 吴永强：LED要进入普通照明领域要解决标准化与规模化生产问题 普通照明市场容量大，且终端消费市场比较分散，不易形成垄断，国内企业生存空间广阔。而且半导体照明一旦成本降低并且质量达到普通照明水平，其增长不可限量。LED照明产品如果能够逐步代替节能灯和双端荧光灯的话，相信就可能有近1000亿美元的潜在普通照明市场规模。普通照明市场最终必将发展成为LED应用的最大市场。 随着白光LED技术迅速发展，发光效率的不断提升，其“节能、环保、寿命长和无频闪”等优点，白光LED将逐渐替代传统光源进入主流的普通照明体系。但由于白光LED成本限制以及室内照明对光的质量要求很高，白光LED还有许多需要改进的技术，目前的主要目标是逐步替代白炽灯与节能灯；而标准化LED双端灯管也正在进入室内照明市场领域，将逐步替代双端荧光灯；HID与LED在相当长时期内将同步发展。金属卤化物灯与高压钠灯由于其高光效和成本经济等优势在“十二五”期间仍将持续快速发展，在推进LED路灯应用时，应将LED路灯应用重点放在次干道、人行道、广场和园林等场所。因为LED的光通量与成本几乎成线形关系，而且应用范围一定要与现有技术水平相适应，目前LED不适合在高光通量方面应用。采取先易后难的做法，在时机成熟的时候，再向主干道和高杆灯应用上大面积推广。参照美国推广LED路灯的稳妥做法，在大面积推广前，先做试验、测试和现场评估，再提出修改意见并快速建立标准和严谨长线的规划，这样就可以少走弯路，避免盲动和过热而产生的负面影响。 LED要进入普通照明领域，一方面应推动产品的标准化，另一方面应推动产品的规模化生产。LED逐步替代传统光源，建议走传统光源的路线，这样更便于产业化、规模化生产，逐步推广应用。总之，LED具有庞大的市场肯定会成为一个庞大的产业，但是推广的路线和本身技术标准的成熟还需要大家更进一步的探讨，特别是普通照明领域的产品以及产业的方向。正是因为LED的技术还在不断的开发中，各种应用的可能性都还相当大，相信未来必定会因为发光效率的提高和成本的降低，开拓更多的普通照明应用领域，包括大面积照明领域，这是一个远景目标。 | |
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