中國半導體照明產業發展現狀及趨勢

阮 軍

（國家半導體照明工程研發及產業聯盟，北京 100086）

1 發展趨勢

1.1 半導體照明產業特點

（1）革命性技術；

（2）產業鏈長——材料、外延、芯片、封裝、模組、應用、系統，廣泛應用于顯示、背光、照明等；

（3）多學科、多領域交叉融合；

（4）基礎研究與應用研究同步；

（5）未來產品形式、商業模式可能發生顛覆性改變。

1.2 技術發展趨勢

（1）更大尺寸的外延片及新材料的應用；

（2）產業鏈縮短、價值鏈整合；

（3）更多、更創新的應用；

（4）更多的功能；

（5）對企業的技術、研發能力、人才儲備要求日益提高。

1.3 全球應用發展趨勢

（1）J.P.摩根預測，到2015年，LED價格下降到目前的20%，進入50%的通用照明市場；

（2）飛利浦預測，到2020年，LED將占有超過75%的通用照明市場。

1.4 全球產業趨勢

（1）垂直整合、水平分工；

（2）傳統照明產業轉型、相關產業融入。

1.5 市場潛力巨大（參見表1）

表1 LED產值年增長率預測（數據來源：國家半導體照明工程研發及產業聯盟CSA）

1.5.1 LED通用照明主要應用產品：管燈、球泡燈及射燈

2010年中國LED照明光源產品產量超過1.5 億只，預計2015年將超過14 億只。

1.5.2 替代市場潛力巨大（參見圖1）

1.6 我國現有產業基礎

1.6.1 產業化關鍵技術取得階段性突破（參見表2、圖2）

（1）以企業為主體的100 lm/W制造技術提前完成任務指標；

（2）芯片國產化比例達到62%；

（3）大功率封裝技術基本與國際保持同步。

1.6.2 Si基LED關鍵技術取得突破

半導體白光照明三大技術路線之一的Si襯底GaN基LED外延擁有自主知識產權。

圖1 LED通用照明產品替代時間預測（數據來源：CSA）

表2 國內外功率型白光LED技術指標對比（2010年12月）（數據整理：CSA）

（1）國際上首次推出Si襯底功率型GaN基LED芯片，已實現產業化；

（2）通過生長高位錯密度過渡層，解決了Si襯底GaN外延過程中因熱膨脹導致龜裂等關鍵技術難題，申請發明專利15項，其中國際專利3項；

（3）封裝白光后光效超過90 lm/W。

1.6.3 重大裝備取得階段性進展

（1）開發出6片/7片型MOCVD樣機，外延膜膜厚均勻性和薄膜重復性≤±5%，片內均勻性<±3.50%，用該設備外延獲得的LED器件功率為8 mW，經過近2年的運行，設備狀態穩定，材料質量優異，無故障；

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

1.6.4 產業初具規模，產業鏈日趨完整（數據整理：CSA）

（1）2010年，芯片國產化率超過60%；企業近4 000家，產值1 200億元。

上游（外延、芯片）：2010年產值50億元，增長率達到117%，60多家企業；

中游（封裝）：2010年產值250億元，增長率達到23%，1 000多家企業；

下游（應用）：2010年產值900億元，增長率達到50%，2 500多家企業。

（2）未來5年復合年均增長率（CAGR）達到33%，產業規模超過5 000億元。

1.6.5 應用規模增長迅速，照明應用增長尤為突出（參見圖3）

（1）2010年，應用產值900億元；

（2）照明應用增長尤為突出（2010年照明應用較2009年增長7%），但以出口為主，國內室內照明應用比例仍然較小。

1.6.6 示范應用節能效果初步顯現

（1）北京國家游泳館“水立方”首次實現了世界上最大規模的全彩色可變場景LED景觀照明，節電70%；

（2）上海世博園區內使用10.3億顆LED芯片，場館室內照明光源中約80%采用LED；

（3）哈爾濱冰雪節LED景觀照明。

1.6.7 功能性照明產品應用

LED路燈、隧道燈增速超過100%。地鐵、商場、辦公場所、地下停車場、學校、醫院等室內照明均有示范案例，據國家半導體照明工程研發及產業聯盟（Chian Solid State Lighting Alliance，簡稱CSA）統計已超過160萬只。

1.7 影視舞臺照明應用LED燈具的優勢

（1）光效高

目前LED 光源的量產光效已超過100 lm/W，是鹵鎢光源的4～5倍。

以長安大戲院為例，原有鹵鎢燈具總功率高達448 kW，而替換為LED 燈具后，總功率只有75.8 kW，僅為原來的17%。

（2）紅外輻射極低，明顯改善使用環境

鹵鎢燈產生大量的紅外輻射，照射在播音員身上會產生強烈的灼熱感。

LED光譜不含紅外和紫外成分。

（3）色溫非常穩定

調光過程中的色溫變化與鹵鎢燈相比有很大優勢。

（4）光源壽命長

（5）安全性高

LED 屬于固體發光冷光源，而且工作電壓低，工作溫度低，使用安全可靠，不會出現鹵鎢燈具高溫帶來的火災隱患以及燈泡破碎引起的安全問題。這對于節目的制作尤為重要。

（6）綠色環保

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

（7）系統結構簡單

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

1.8 國內LED舞臺燈具成功案例

（1）中央電視臺

（2）長安大戲院

作為世界首家全部采用LED燈具的試點劇場實現了節電80%、耗材節省90%以上的節能目標。

（3）北京人民大會堂（參見圖4）

萬人大禮堂主席臺160盞舞臺燈改造。經過大會堂管理局現場測試，主席臺平均照度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℃），主席臺照明和環境溫度明顯改善；

主席臺照明總功率由160 kW降低到24 kW，下降了85%，節能效果顯著。

圖4 人民大會堂舞臺燈改造前后對比

2 面臨挑戰

2.1 “上·下”端口

需要培育、放大應用端的市場出口。

2.2 “軟·硬”瓶頸

（1）軟件

技術人才隊伍；

公共研發平臺；

標準、檢測及認證體系。

（2）硬件

關鍵材料；

關鍵設備；

關鍵技術。

2.3 “聚·散”形態

（1）散：企業及研究力量規模小且分散；

（2）聚：產品過度集中，特色不突出。

3 發展建議

3.1 培育市場

（1）政府給予補貼及采購；

（2）示范工程；

（3）EMC等新型商業模式；

（4）對消費者的宣傳教育。

3.2 健康的生態系統

3.2.1 規范市場

（1）完善標準體系；

（2）建立網絡式的檢測平臺；（3）開展節能產品的認證。

3.2.2 建立公共研發平臺

（1）核心裝備、原材料國產化；

（2）下一代白光核心技術；

（3）互換性、兼容性、通用性的標準化光源/模塊及接口；

（4）上下游多學科技術交叉融合，系統集成。

3.2.3 加強人才培養，支撐產業可持續創新

（1）創新人才與創新團隊建設，開設相關學科教育；

（2）開展職業資格培訓認證，形成創新人才開發模式。

3.3 優化產業發展

（1）產業鏈整合戰略；

（2）價值鏈優化戰略；

（3）產業生態系統同步發展戰略；

（4）實現產業的綠色制造，可循環發展。

3.4 推廣影視舞臺LED照明應用

3.4.1 已具備推廣條件

（1）大功率半導體照明產品的出現，已經可以全面滿足舞臺專業照明對色溫、顯色性等高標準的要求；

（2）國內已有商品化的各種半導體照明舞臺專用燈具，其電光轉換效率可提高6～14倍；

（3）《舞臺演藝用LED燈》、《舞臺演藝用LED燈具技術規范》等標準陸續公布；

（4）隨著產業的迅速發展，半導體照明燈具價格亦呈現快速下降趨勢。

3.4.2 進一步推廣影視舞臺LED照明應用的建議

（1）政府層面合理規劃，宏觀引導；

（2）進一步加強燈具的標準檢測和產品認證工作；

（3）加強宣傳半導體照明節能技術在舞臺應用的效果。