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我国LED研制与工业开展战略决策考虑

作者:www.ag88.com时间:2018-08-11 19:08浏览:

  我国LED研制与工业开展战略决策考虑

  近年来,我国LED工业开展敏捷,现阶段从事该工业的人达数十万,研讨机构近百个,企业数千家。从全球LED工业竞赛格式看,当时国内LED封装企业自动化水平进步较快,以路途照明为主的照明运用工业获得了打破性开展,LED封装和运用方面在规划和工业化技能方面在全球具有重要影响力;另一方面,国内LED外延和芯片企业的产能和技能水平有了必定进步,上游工业坚持了杰出的开展势头,但总体上讲,在全球的竞赛力相对还比较弱。在此布景下,科技部当令启动了“十城万盏”方案,极大地推进了国内官、产、学各界对半导体照明工作开展的热心。值此时机,咱们将近年来在调研根底上构成的有关LED研制和工业开展的主意提出来,供业界同仁参阅和纠正。

  一、未来工业开展特征:技能和商场一同生长

  实践照明灯具的输出光通量一般在上千流明至数万流明,而现在单颗高端功率型白光LED的光通量仅在100流明左右,因而半导体照明灯具一般由数十至上百个集群白光LED组成。以现在的LED功能而论,低压、恒流驱动的集群LED的运用构成半导体照明灯具有必要处理巨大热量的耗散和由沟通市电向低压恒流变换而引起的电源办理问题。别的,传统封装的功率型LED的小光通、高亮度的发光特性会构成十分严峻的眩光。光电显现週与中国国际半导体照明展2大展览于深圳蓄势待发所以,半导体照明技能不只限于芯片的制造和封装技能,而是一个包含了光学规划、热量和电源办理等在内的体系级技能。

  从LED外延片到终究的照明灯具需求经过资料外延→芯片制造→管芯封装→灯具规划和安装等一系列工业链环节。一方面,从外延片到终究照明和显现运用,工业链的各个环节都能构成独立的产品,并具有各自的技能壁垒和研制需求;另一方面,终端运用产品的质量会遭到每个环节的影响。例如,半导体照明的中心部件是LED芯片,但LED芯片的发光功率到达100lm/W,并不等于半导体照明灯具的功率也到达了100lm/W;更为重要的是,半导体照明产品要获得商场认同,包含灯具功率、可靠性、人眼舒适性等在内的归纳功能相关于传统照明产品有必要获得显着的优势。换句话说,即便半导体照明灯具的功率到达了100lm/W,也不意味它就必定能为商场所承受,半导体照明自身还有许多科学问题需求研讨,比方照明作用和质量包含显色性、色品一致性、人眼舒适性等。

  只要当技能的开展使得半导体照明灯具在功率、照明质量、规划新颖性等方面相对传统光源获得优势,半导体照明才可能进入并不断开拓商场。另一方面,商场的扩大会促进产值扩大及业界研制投入的添加,加快技能进步,然后使功能进步而且本钱与价格逐步下降。上述两个进程替换往复,终究导致半导体照明工业的快速开展。

  二、未来商场会集范畴:半导体照明和LED显现

  半导体照明工业首要包含面向室外通用照明、室内通用照明等的上、中、下流工业;LED显现工业首要包含LED背光源以及LED显现屏范畴的上、中、下流工业。就技能层面来说,上、中、下流工业技能分别是资料外延和芯片制备、封装、模组和灯具制造技能。半导体照明和LED显现产品的上、中游工业技能根本上是相同的,差异首要在于下流技能。

  1、未来半导体照明商场最大的部分将是通用照明

  通用照明包含室内照明和室外照明两大类。这两类运用都要求灯具具有高发光功率、长寿数、环保等特性,其首要不同在于室内照明光源对照明作用和质量(包含显色性、色品一致性、光源的出射度和均匀性、人眼舒适性等)有较高的要求,且其面向的消费集体对灯具价格更灵敏。另一方面,蓝光芯片的发光功率的优势有待进一步进步且受限于白光LED的封装技能,现在的半导体照明灯具大多为高色温冷白光,加之色品一致性与传统照明比较还不尽善尽美,使得半导体照明灯具现在在室外照明中有较大规划运用,而在室内照明中才刚刚开始起步。因而,受限于本钱和照明质量,半导体照明将率先在室外照明大规划运用,之后跟着技能的不断开展逐步进入室内照明范畴。

  室外照明的一个典型运用是路灯,路灯是城市照明的重要组成部分,其耗电量占整个照明用电的很大部分。传统的路灯选用高压钠灯,高发光功率的高压钠灯显色指数很低,使得被照耀物体色彩失真十分显着;高显色性高压钠灯显色性有所改进,但其发光功率、寿数都有所丢失;受限于其寿数较短,因而需求常常进行价格不菲的高空保护作业。一般高压钠灯的配光功能较差,也就是说路途照明时的均匀性不够好,而为了满意路途照明对均匀性的要求一般高压钠灯路灯都选用比灯杆下照度需求大许多的额定功率,然后构成了动力的糟蹋,因而,开发新式高效、节能、长寿数、显色指数较好、环境友好的路灯对城市照明节能具有十分重要的含义。室外照明范畴的巨大商场需求,推进着功率型LED路灯等灯具的技能水平不断进步,本钱不断下降,新产品不断出现。

  另一方面,室内照明最常用的产品是白炽灯和荧光灯。白炽灯的发光功率极低,只要十几个流明/瓦,而荧光灯含有汞等有害物质,不利于环保。因而,室内照明对高效环保照明产品的需求愈加激烈。尽管现在的白光LED器材在发光功率和环保等特性上现已超过了白炽灯和荧光灯,可是由其构成的灯具的照明作用和质量还没有敏捷构成对传统照明光源的优势,其在室内照明的运用才刚刚开始。可是,室内照明巨大的商场需求,必将推进着面向室内照明运用的封装和体系级运用技能的快速开展。

  2、LED显现工业具有巨大的商场潜力

  LED显现工业包含LED显现屏和LED背光源。毋庸置疑,LED显现屏在户外显现屏范畴具有绝对优势。关于室内显现来说,现在有多种挑选,包含PDP、TFT-LCD、全五颜六色LED显现屏等。可是,比较之下,PDP和LCD较难完成超大尺度显现,而且全体功率低、功耗大;而LED室内显现屏一方面能供给高质量的显现且易完成超大尺度,另一方面有利于节能环保。一般以为,LED显现屏现已是老练的工业技能。可是,在室内超大屏幕显现范畴,要充分发挥LED显现屏高显现质量、大尺度、节能、环保等优势,一般的大像素间隔的LED显现屏远不能满意运用需求。咱们以为,在若干关键技能打破的根底上,大到体育场馆、展览馆、大型会场,小46到中小型礼堂、会议室甚至家居场所,都将是LED显现屏发挥其专长的舞台。

  另一方面,与CCFL(冷阴极荧光灯)比较,LED背光源具有节能、环保、更完美的运动图画、更宽的色域等优势,将在笔记本电脑、LCD-TV等运用范畴大显神通。

  三、未来打破范畴:LED封装和运用等中、下流工业

  咱们对GaN基LED工业中的国际、国内相关专利进行了体系调研和深化剖析,要点挑选该范畴内的出名企业和中心专利进行计算,经过对欧洲专利局制造的专利文献数据库、德温特国际专利索引(DerwentInnovationsIndex(DII))以及我国国家知识产权局专利检索数据库中相关专利的检索,对美国(US)、日本(JP)、欧洲(EP)以及我国(CN)的3000余份专利进行了计算和剖析。

  把检索得到的中心专利进行了分类,首先按工业链分为资料外延和芯片制造、器材封装、运用四个环节,每个环节内部再按技能细分为若干类,对每类的专利数进行了计算。

  能够看出,现在LED工业中的专利大部分会集在上游环节,中、下流部分的专利相对要少许多。这一效果也是和LED技能的开展进程相关的。从二十世纪九十年代初ShujiNakamura研制出GaN基LED以来,许多的研讨工作致力于资料外延和芯片制造,从各个细节下手进步GaN基LED的功能。在这个进程中,上游工业技能得到了快速的开展,出现了许多的专利技能,其间许多仍是中心技能,而中、下流产品开发则相对滞后。这样就构成了现在专利技能“上重下轻”的情况。

  可是时至今日,GaN基LED的功能尽管离理论极限还存在必定间隔,但现已根本满意了照明的需求。跟着上游技能的逐步老练,下流商场的逐步强大,LED封装和运用方面的问题也逐步凸显出来。从产品上看,无论是半导体照明灯具仍是LED显现模组,都不是简简单单地将LED器材组合在一同构成的。封装和运用环节包含了驱动电路、散热和光学规划等一系列严重的科学技能问题,而这些问题的处理自身就意味着专利技能的发生。

  另一方面,中、下流工业的专利规模比上游工业愈加广泛。上游工业的专利技能根本归于半导体资料、芯片制备工艺等相关范畴,而中、下流工业愈加直接地面向商场,其产品规划与产品的运用目标、运用环境以及运用要求都有着亲近的联络,这也愈加易催生新的专利。

  从上面的剖析能够看出,中、下流技能现有的专利数量相对较少而可发掘的专利数量十分多,国外大公司在这个范畴的专利壁垒没有构建得像上游范畴那样威严。因而,在未来的几年内,各大企业可能将在LED的封装和运用技能上打开专利的抢夺,其间运用方面的专利更是要点。而我国请求的专利中,下流工业的比重比上游工业更大,这也从一个旁边面反映出国内部分企业在下流技能上现已具有了必定的实力,我国在中、下流技能方面具有比上游技能更大的优势。因而,LED封装和运用等中、下流工业是国内企业最简单获得巨大效果的打破口。

  四、未来上游范畴开展趋势:有挑选地要点打破,开展自主外延和芯片技能

  当时,国内很多科研机构在资料外延和芯片制造方面从很多细节下手进行了许多的研讨工作。而另一方面,尽管近期国内LED外延和芯片企业的产能和技能水平有了必定进步,但总体上看上游许多企业还未真实构成具有自主知识产权的技能道路,一些企业对未来技能的开展方向还比较困惑。

  咱们以为,当时我国LED工业在上游范畴面对的首要问题仍是大部分芯片发光功率不够高,器材的可靠性有待改进。主张会集资源有挑选的、在一些现已看得比较明晰的方向上要点打破,以进步我国上游工业的水平。当时国内在上游范畴仍是应该以进步内、外量子功率为中心,在深化了解GaN基资料物理性质的根底上,研制资料外延和芯片制备技能,进步晶体质量、降低位错密度、优化量子阱结构、操控应力和进步光提取功率,赶快在中心技能上构成自主知识产权。

  此外,国内LED资料外延和芯片工业范畴的本土化高层次人才缺少是限制上游工业健康开展的关键问题之一。

  LED外延和芯片企业的高层次人才许多是海归人员或从台湾地区延聘,其参加无疑在必定程度上推进了国内上游工业的技能进步,但为了工业的久远健康开展,赶快打造本土化的高层次人才队伍是十分必要的。

  主张树立多层次的人才支撑体系,树立以企业为中心、以高校和研讨机构为根底的立异性人才培育机制,经过共建博士后流动站、工程硕士联合培育点等方法,联合培育光学、物理、电子、微电子、资料等专业范畴的立异式人才。

  作者:罗毅 李洪涛 韩彦军 汪莱 孟彦龙

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