中国半导体照明产业发展现状及趋势

阮 军

（国家半导体照明工程研发及产业联盟，北京 100086）

1 发展趋势

1.1 半导体照明产业特点

（1）革命性技术；

（2）产业链长——材料、外延、芯片、封装、模组、应用、系统，广泛应用于显示、背光、照明等；

（3）多学科、多领域交叉融合；

（4）基础研究与应用研究同步；

（5）未来产品形式、商业模式可能发生颠覆性改变。

1.2 技术发展趋势

（1）更大尺寸的外延片及新材料的应用；

（2）产业链缩短、价值链整合；

（3）更多、更创新的应用；

（4）更多的功能；

（5）对企业的技术、研发能力、人才储备要求日益提高。

1.3 全球应用发展趋势

（1）J.P.摩根预测，到2015年，LED价格下降到目前的20%，进入50%的通用照明市场；

（2）飞利浦预测，到2020年，LED将占有超过75%的通用照明市场。

1.4 全球产业趋势

（1）垂直整合、水平分工；

（2）传统照明产业转型、相关产业融入。

1.5 市场潜力巨大（参见表1）

表1 LED产值年增长率预测（数据来源：国家半导体照明工程研发及产业联盟CSA）

1.5.1 LED通用照明主要应用产品：管灯、球泡灯及射灯

2010年中国LED照明光源产品产量超过1.5 亿只，预计2015年将超过14 亿只。

1.5.2 替代市场潜力巨大（参见图1）

1.6 我国现有产业基础

1.6.1 产业化关键技术取得阶段性突破（参见表2、图2）

（1）以企业为主体的100 lm/W制造技术提前完成任务指标；

（2）芯片国产化比例达到62%；

（3）大功率封装技术基本与国际保持同步。

1.6.2 Si基LED关键技术取得突破

半导体白光照明三大技术路线之一的Si衬底GaN基LED外延拥有自主知识产权。

图1 LED通用照明产品替代时间预测（数据来源：CSA）

表2 国内外功率型白光LED技术指标对比（2010年12月）（数据整理：CSA）

（1）国际上首次推出Si衬底功率型GaN基LED芯片，已实现产业化；

（2）通过生长高位错密度过渡层，解决了Si衬底GaN外延过程中因热膨胀导致龟裂等关键技术难题，申请发明专利15项，其中国际专利3项；

（3）封装白光后光效超过90 lm/W。

1.6.3 重大装备取得阶段性进展

（1）开发出6片/7片型MOCVD样机，外延膜膜厚均匀性和薄膜重复性≤±5%，片内均匀性<±3.50%，用该设备外延获得的LED器件功率为8 mW，经过近2年的运行，设备状态稳定，材料质量优异，无故障；

（2）采用高纯SiC材料，设计加工完成了消耗性、易损性部件7片衬底托，研制成功高温加热丝。

1.6.4 产业初具规模，产业链日趋完整（数据整理：CSA）

（1）2010年，芯片国产化率超过60%；企业近4 000家，产值1 200亿元。

上游（外延、芯片）：2010年产值50亿元，增长率达到117%，60多家企业；

中游（封装）：2010年产值250亿元，增长率达到23%，1 000多家企业；

下游（应用）：2010年产值900亿元，增长率达到50%，2 500多家企业。

（2）未来5年复合年均增长率（CAGR）达到33%，产业规模超过5 000亿元。

1.6.5 应用规模增长迅速，照明应用增长尤为突出（参见图3）

（1）2010年，应用产值900亿元；

（2）照明应用增长尤为突出（2010年照明应用较2009年增长7%），但以出口为主，国内室内照明应用比例仍然较小。

1.6.6 示范应用节能效果初步显现

（1）北京国家游泳馆“水立方”首次实现了世界上最大规模的全彩色可变场景LED景观照明，节电70%；

（2）上海世博园区内使用10.3亿颗LED芯片，场馆室内照明光源中约80%采用LED；

（3）哈尔滨冰雪节LED景观照明。

1.6.7 功能性照明产品应用

LED路灯、隧道灯增速超过100%。地铁、商场、办公场所、地下停车场、学校、医院等室内照明均有示范案例，据国家半导体照明工程研发及产业联盟（Chian Solid State Lighting Alliance，简称CSA）统计已超过160万只。

1.7 影视舞台照明应用LED灯具的优势

（1）光效高

目前LED 光源的量产光效已超过100 lm/W，是卤钨光源的4～5倍。

以长安大戏院为例，原有卤钨灯具总功率高达448 kW，而替换为LED 灯具后，总功率只有75.8 kW，仅为原来的17%。

（2）红外辐射极低，明显改善使用环境

卤钨灯产生大量的红外辐射，照射在播音员身上会产生强烈的灼热感。

LED光谱不含红外和紫外成分。

（3）色温非常稳定

调光过程中的色温变化与卤钨灯相比有很大优势。

（4）光源寿命长

（5）安全性高

LED 属于固体发光冷光源，而且工作电压低，工作温度低，使用安全可靠，不会出现卤钨灯具高温带来的火灾隐患以及灯泡破碎引起的安全问题。这对于节目的制作尤为重要。

（6）绿色环保

LED 在生产及使用过程中不产生污染，由于耗电量降低，极大地减少了二氧化碳排放，是新一代绿色环保光源。

（7）系统结构简单

LED 照明方案全部采用DMX 信号直接控制，省去传统的调光硅箱和相应的电缆，减少了调光系统、电缆和电缆桥架及电源分配系统的投资。

1.8 国内LED舞台灯具成功案例

（1）中央电视台

（2）长安大戏院

作为世界首家全部采用LED灯具的试点剧场实现了节电80%、耗材节省90%以上的节能目标。

（3）北京人民大会堂（参见图4）

万人大礼堂主席台160盏舞台灯改造。经过大会堂管理局现场测试，主席台平均照度984 lx，较改造前的平均照度698 lx提高约40%；

LED灯具外壳表面温度最高为45℃（原灯具外壳温度80℃），主席台照明和环境温度明显改善；

主席台照明总功率由160 kW降低到24 kW，下降了85%，节能效果显著。

图4 人民大会堂舞台灯改造前后对比

2 面临挑战

2.1 “上·下”端口

需要培育、放大应用端的市场出口。

2.2 “软·硬”瓶颈

（1）软件

技术人才队伍；

公共研发平台；

标准、检测及认证体系。

（2）硬件

关键材料；

关键设备；

关键技术。

2.3 “聚·散”形态

（1）散：企业及研究力量规模小且分散；

（2）聚：产品过度集中，特色不突出。

3 发展建议

3.1 培育市场

（1）政府给予补贴及采购；

（2）示范工程；

（3）EMC等新型商业模式；

（4）对消费者的宣传教育。

3.2 健康的生态系统

3.2.1 规范市场

（1）完善标准体系；

（2）建立网络式的检测平台；（3）开展节能产品的认证。

3.2.2 建立公共研发平台

（1）核心装备、原材料国产化；

（2）下一代白光核心技术；

（3）互换性、兼容性、通用性的标准化光源/模块及接口；

（4）上下游多学科技术交叉融合，系统集成。

3.2.3 加强人才培养，支撑产业可持续创新

（1）创新人才与创新团队建设，开设相关学科教育；

（2）开展职业资格培训认证，形成创新人才开发模式。

3.3 优化产业发展

（1）产业链整合战略；

（2）价值链优化战略；

（3）产业生态系统同步发展战略；

（4）实现产业的绿色制造，可循环发展。

3.4 推广影视舞台LED照明应用

3.4.1 已具备推广条件

（1）大功率半导体照明产品的出现，已经可以全面满足舞台专业照明对色温、显色性等高标准的要求；

（2）国内已有商品化的各种半导体照明舞台专用灯具，其电光转换效率可提高6～14倍；

（3）《舞台演艺用LED灯》、《舞台演艺用LED灯具技术规范》等标准陆续公布；

（4）随着产业的迅速发展，半导体照明灯具价格亦呈现快速下降趋势。

3.4.2 进一步推广影视舞台LED照明应用的建议

（1）政府层面合理规划，宏观引导；

（2）进一步加强灯具的标准检测和产品认证工作；

（3）加强宣传半导体照明节能技术在舞台应用的效果。