2007半导体照明技术与产业发展最新动态及趋势

    在国家半导体照明工程研发及产业联盟（CSA）承办的第四届中国国际半导体照明论坛（CHINA SSL）期间，经过对140篇论文，论坛54位演讲人的报告分析，以及选择海内外24位嘉宾重点采访（分四组采访，会前进行了采访提纲交流），4个分会的现场问卷及互动式研讨（尤其是外延/芯片分会，在会议的互动式研讨环节，特别设计了一个调查问卷，通过台上7位嘉宾与45位在场人员互动讨论，与会代表们大胆地对未来技术的发展做出了预测），以及中外企业合作与竞争对话等形式的调研、归纳、分析后，对国内外半导体照明技术与产业发展最新动态及趋势总结整理如下：

　　（一）技术最新动态及发展路线图

　　1、现有的技术路线（蓝宝石衬底）在比较近的未来（3-5年）不可能替代，依此路线，在2010年有望实现130－150lm/W目标，现有的外延材料、芯片及工艺等技术在3-5年内不会有新的突破性进展。单纯通过改善衬底材料等方法提高流明瓦并非是现阶段LED发展的最大课题。衬底材料中蓝宝石和与之配套的垂直结构的衬底剥离技术仍将在较长时间内占统治地位。

　　2、目前LED最大的技术问题是两高两低，即提高内量子效率和出光效率，降低光衰（提高寿命）与降低成本。LED最终的功率效率是整个生产流程中电注入效率、内量子效率、出光效率、封装效率、光转换效率和斯托克斯效率的乘积。内量子效率和出光效率两大指标亟需大幅度提高。光效Droop（LED在大电流条件下出现光电效率的衰减）是比较大的问题。成本成为LED取代传统照明的最大障碍。加之LED的售价相对于其成倍于传统灯具的使用寿命并不高，尽管可节省后期使用的更换和维护等费用，但起始费用往往直接受制于购买预算。重大装备和原材料的国产化是降低成本的重要且有效的途径之一。如在生产一只1W大功率LED的成本中，芯片成本占整个器件的57％-87％（外延用原材料约占芯片成本37％，MOCVD设备折旧及动力约占芯片成本13％）。

　　3、目前解决出光效率的技术首选垂直结构和光子晶体（3-5年）。垂直结构的LLO-LED和低成本的Si衬底的薄膜生长技术在短期内仍将保持其优势。激光剥离的大尺寸垂直结构LED是目前实现高亮度、功率型白光LED的最佳方案。与传统工艺相比，不仅出光效率高、正向压降小、远场辐射好，而且其出光效率不会随管芯尺寸的增加显著降低，是提高内量子效率的首选。在大流注入的情况下，垂直结构LED的光电转换效率衰减的趋势也比原有工艺缓很多。光子晶体是提高外量子效率的必由之路。

　　4、未来技术趋势是非极性面外延（5-8年）、GaN衬底外延（8-10年）。非极性面生长技术能有效降低内建极化场，为提高内量子效率提供了一个新的选择，有望突破目前三基色LED的集成最大障碍——绿光LED高功率效率的问题。这使得实现暖色调以及可调色调的白光LED照明成为可能。GaN衬底生长技术能有效减少缺陷，控制非均匀性，是从根本上提高内量子效率的有效方法，专家们认为GaN衬底技术的应用能有效抑止大电流条件下出现的光电效率的衰减趋势，预计需要8-10年能有所突破。

　　5、封装及应用。国内封装与国外相比没有明显的差距，是最有可能通过自主创新占据制高点的领域。但是研发投入不够，特别是对可靠性的研究不够，如大功率共晶封装技术。相应的配套材料胶、支架，特别是装备依赖进口。在半导体照明全球产业链中，我国在景观照明、显示屏、LED灯具制造、太阳能LED照明等方面已有较好基础。

　　（二）应用发展趋势

　　1、市场驱动模式。由市场应用刺激和带动研发将成为今后发展趋势。对不同应用需求采用不同技术和优化不同参数指标，会成为今后LED技术与产品应用相结合的重要方式。特殊照明如交通信号、景观、汽车照明成为最具赢利可能的领域，并将在今后10年内持续增长。

　　2、大尺寸LCD背光源是最大的潜在市场之一。背光源是中国在平板显示中的最后一个机会，该技术的突破与推进涉及面很广，需要以下四个方面的共同努力：LCD面板设计、制造（甚至涉及到LCD基础理论及工艺的研究）；LED芯片制造及封装； LCD电视整机业；LED视频显示核心控制技术及集成电路设计技术等。联合攻关需要有技术牵头人、需要一条利益的纽带、需要政府按市场规律来办事。

　　3、中国对LED产品的需求巨大。2008年奥运会被认为是一个向世界展示LED应用的重要契机。在道路照明领域推广半导体照明技术，将有效地减少电费支出、降低电缆铺设费用、降低维护成本、提高道路出行安全，同时将有助于各级政府完成节能减排指标。

　　4、5-10年进入普通照明。何时LED可以全面进入普通照明，有的认为3年，有的认为5年，有的认为更长；但是，各位专家对LED迟早对传统照明构成较大威胁意见一致。专家认为，在将LED与传统光源进行比较时，要讲究整个灯具系统效率的比较，而不是单个LED发光光效与单个其它光源光效的比较。目前LED灯具系统的利用效率实际已经比节能灯高出1.5-2倍，另外，由于LED的应用设计可塑性强，这也决定了它具有更大的应用范围。<

　　（三）产业趋势

　　1、2007年半导体照明产业已进入到一个全新的时代

　　（1）半导体照明技术已得到验证。单瓦流明数超百，单流明成本低于一美分，单灯流明过千已只是时间问题，人们终于形成了共识，少则一年，多则二年，绿色环保节能半导体照明光源必将超越其它任何光源，走向宽广的普通照明市场。

　　（2）特殊照明产品已经成熟，三大特点显现。目前半导体照明的应用来说，新应用的主体正逐步延伸到室内外照明，飞利浦、Osram、Cree等都在这一领域投入了巨大力量，并有众多针对性地产品推出。LED窄带光谱的特点构成了LED照明的光谱自由可塑性、LED接近点光源的性质与很小的体积构成LED在空间上的自由可塑性以及LED潜在的高光效，这三者构成了LED未来的应用领域将更加广阔。

　　（3）市场不断扩大，从显示向照明，从特殊照明向普通照明转变。道路照明、隧道照明等室外照明市场将随着LED光效的提高与价格的下降而逐步启动，农业、军事、航空等新的应用领域也将被逐步开发出来，而市场空间更大的室内照明的雏形也在逐步形成。

　　2、中国的地位

　　（1）国内封装和应用企业依靠价格优势和快速的市场适应能力，占据了全球的中低端市场。在封装和应用领域中国已经完全有可能、有能力在高端市场占据一席之地，但必须加大产品的创新、加强品牌战略和品牌的培育。此外，封装及应用，尤其是应用产品的生产加工国际上有向中国转移的趋势。

　　（2）国内上游企业仍处于努力提升技术和扩大规模的原始积累阶段，除拥有市场但不占有市场外，仍处于劣势。2007年上半年，月产芯片规模在200KK-500KK/月的台湾企业中，如灿圆、泰谷均亏损，而华上也仅盈利3000万台币。而国内的全部GaN芯片产能只有500KK/月，显见，国内上游企业简单的扩容己不能大幅提升企业的综合竞争实力，特别是投资效益。如何生存与发展己成为值得深思的问题，盲目的投资和错误的或过时的企业策划将会在新一波的产业重组中淘汰。

　　（3）装备及关键原材料的工业化配套能力匮乏。随着产业规模的扩大和结构的变化，设备对产业发展的影响也更加明显。如芯片的价格主要受制于设备的购置费用太高。同时，高价格的设备也使得国内芯片厂商利润较低，无法投入较大的研发资金。这在一定程度上也增加了国内半导体照明对国外芯片的依赖。

　　3、LED是全球性的产业

　　(1)全球进入并购、重组的重要阶段。国际大公司通过纵连，即通过并购来快速实现全球统一市场营销策略下的上中下游整合，形成超强的竞争优势。如飞利浦全资拥有Lumileds，并购Color Kinetics。台湾企业借凭强大的规模制造、产业集聚和代工优势，通过横合，即通过互利互惠的股份重组，合并同类企业，快速形成巨大的生产规模和快速抢占市场份额。如晶元与国联、联铨、元砷和连勇合并等。

　　(2)中国企业开始成为外资合作的目标与对象。半导体照明产业的全球化发展，是每个企业都要面对和无法回避的。半导体照明产业的发展上不一定要强调完全的自主研发，完全可以利用半导体照明产业的全球化特征，通过并购或合作将海外先进技术引入国内，争取与国际大厂基本在同一技术水平进行产业竞争。如果选择海外企业或资本进行合作，可以使我们引入新的技术、好的管理，可以使我们的产品、品牌更好的走出国门，也不失为一条好的发展途径。