半導體照明：從技術(shù)驅(qū)動轉(zhuǎn)向應用驅(qū)動

　　1月10日上午，國家科學技術(shù)獎勵大會在北京舉行。由中國科學院半導體研究所、三安光電股份有限公司、廈門華聯(lián)電子股份有限公司、深圳市洲明科技股份有限公司、河北立德電子有限公司、北京良業(yè)環(huán)境技術(shù)股份有限公司、鴻利智匯集團股份有限公司、佛山市國星光電股份有限公司等LED照明產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)單位共同完成的“高光效長壽命半導體照明關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化”項目，榮獲國家科學技術(shù)進步獎一等獎。業(yè)內(nèi)人士表示，該項目成果對踐行創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略、推動半導體照明產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級意義重大。在綠色節(jié)能的大背景下，半導體照明產(chǎn)業(yè)如何“點亮”未來?哪些應用將帶動它進一步前行。

　　我國成為半導體照明

　　制造消費出口大國

　　半導體發(fā)光二極管(LED)具有高光效、長壽命的特點。經(jīng)過近十多年的發(fā)展，以LED為核心器件的半導體照明作為一種新興技術(shù)已成為照明史上繼白熾燈之后的第二次照明革命，是全球高新技術(shù)競爭的關(guān)鍵領(lǐng)域。

　　LED節(jié)能效果顯著，其電光轉(zhuǎn)換效率是熒光燈的5倍，白熾燈的20倍。本世紀初期，世界上一些發(fā)達國家圍繞LED的研制展開了激烈的技術(shù)競賽，美國發(fā)布了“下一代照明計劃”、歐盟發(fā)布了“彩虹計劃”、日本發(fā)布了“21世紀光計劃”等半導體照明發(fā)展計劃。我國在2003首次提出發(fā)展半導體照明計劃，科技部等六部委緊急啟動“國家半導體照明工程”;2006年半導體照明列入“國家中長期科學技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要”;2013年國務院發(fā)布“發(fā)展節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)的意見”，大力推動半導體照明產(chǎn)業(yè)化。中國科學院半導體研究所研究員、半導體照明聯(lián)合創(chuàng)新國家重點實驗室主任李晉閩表示，經(jīng)過多年發(fā)展，目前，中國已經(jīng)成為全球最大的半導體照明制造、消費和出口國，已有近50%的傳統(tǒng)光源被LED產(chǎn)品所取代，每年累計實現(xiàn)節(jié)電約2800億千瓦時，相當于3個三峽水利工程的發(fā)電量。

　　隨著LED外延片、芯片、封裝技術(shù)的不斷提升以及應用領(lǐng)域的不斷擴大，LED照明越來越普及。賽迪智庫集成電路研究所分析師徐豐在接受《中國電子報》記者采訪時，給出的一組數(shù)據(jù)更佐證了LED照明產(chǎn)業(yè)快速增長的趨勢。2014到2019年，全球LED通用照明滲透率翻番，拉動全球半導體照明產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)高速增長，年復合增長率(GAGR)高達22%。2019年，預計全球半導體照明產(chǎn)業(yè)規(guī)模達到648億美元，滲透率達到62%。從區(qū)域分布上看，半導體照明產(chǎn)業(yè)主要分布在北美、亞洲和歐洲。其中，歐洲歐司朗、飛利浦和美國科銳、日本日亞化學等巨頭占據(jù)行業(yè)主導地位，技術(shù)研發(fā)領(lǐng)先全球;我國與韓國擁有消費類電子完整產(chǎn)業(yè)鏈，構(gòu)成全球LED產(chǎn)業(yè)的第二梯隊。2018年，我國半導體照明行業(yè)整體產(chǎn)值達到7374億元，同比增長12.8%。

　　提光效降能耗

　　半導體照明走進千家萬戶

　　曾幾何時，半導體照明產(chǎn)品一度面臨電光轉(zhuǎn)化效率低、長期工作可靠性差、標準缺失等核心難題，關(guān)鍵技術(shù)被美日壟斷。業(yè)內(nèi)專家均表示，高光效、低能耗是LED照明產(chǎn)業(yè)永恒的話題，是其走進各行各業(yè)、千家萬戶的前提條件。

　　此次中國科學院半導體研究所與三安光電等單位共同承擔的“高光效長壽命半導體照明關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化”項目率先突破了全鏈條自主可控的半導體照明關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了全球最大規(guī)模的LED芯片產(chǎn)業(yè)化。據(jù)悉，該項目從半導體照明材料、芯片、封裝、模組與應用全鏈條開展產(chǎn)研聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)，突破了大規(guī)模推廣應用的高光效長壽命半導體照明器件關(guān)鍵技術(shù)，對我國半導體照明企業(yè)縮短研發(fā)周期、搶占快速發(fā)展的應用市場起到了至關(guān)重要的推動作用。

　　三安光電副總經(jīng)理蔡文必表示，隨著各國淘汰白熾燈計劃進一步實施，LED通用照明市場將呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。此次項目成果包括p型氮化物摻雜與量子阱結(jié)構(gòu)設(shè)計、微納圖形化襯底及成核技術(shù)、新型緩沖層的高質(zhì)量氮化物外延技術(shù)、激光誘導光提取技術(shù)等多項外延芯片技術(shù)，率先在三安光電進行推廣與量產(chǎn)，實現(xiàn)了我國半導體照明芯片由完全依賴進口發(fā)展到全面國產(chǎn)化;LED芯片及應用產(chǎn)品出口至歐美多個國家，實現(xiàn)了自主研制的半導體照明芯片取代進口，促進半導體照明終端產(chǎn)品大規(guī)模的推廣應用。

　　據(jù)介紹，高光效長壽命半導體照明關(guān)鍵技術(shù)已在多項國家重大工程中開展了示范應用。在室內(nèi)照明應用中，基于該技術(shù)成果的LED光源應用于人民大會堂萬人大禮堂及宴會廳，節(jié)電率達到84%，整體平均照度平均增長了1倍，自2012年改造完成至今安全運行無故障。此外，該項目產(chǎn)品在中國APEC峰會、北京奧運會、“十城萬盞”節(jié)能改造、索契冬奧會、俄羅斯世界杯等多場景開展示范應用，節(jié)能減排效果顯著。

　　半導體照明正在從

　　技術(shù)驅(qū)動變?yōu)閼抿?qū)動

　　近年來，全球半導體照明產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)了跨界融合、商業(yè)模式變革、企業(yè)服務模式創(chuàng)新等發(fā)展趨勢。徐豐告訴《中國電子報》記者，跨界融合方面，語音控制和無線傳輸、物聯(lián)網(wǎng)融合技術(shù)迅速發(fā)展，成為智能照明與智慧城市等細分領(lǐng)域的突破口;商業(yè)模式變革方面，兼并重組、資本運作成為常態(tài)，跨行業(yè)并購、混合所有制成為股份公司、民營上市公司發(fā)展方向;企業(yè)服務模式方面，產(chǎn)品制造商逐步向產(chǎn)品、服務系統(tǒng)集成商轉(zhuǎn)變。

　　此外，半導體照明產(chǎn)業(yè)正在從技術(shù)驅(qū)動轉(zhuǎn)變?yōu)閼抿?qū)動，按需照明、智慧照明、超越照明將是半導體照明產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的重要趨勢。李晉閩表示，未來，半導體照明將在健康照明、智慧照明以及農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、通信等超越照明的技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更為廣泛的應用。

　　徐豐給出了LED照明在智慧城市、汽車照明、微顯示、農(nóng)業(yè)照明中的具體應用。他認為，在智慧城市方面，相較于傳統(tǒng)高壓鈉燈和白熾燈等傳統(tǒng)照明光源，LED具備使用壽命長、維護成本低及改善光源質(zhì)量的優(yōu)勢凸顯。在5G的推動下，國內(nèi)已有多家照明企業(yè)積極推廣5G智慧路燈。多家跨界企業(yè)也涌入了多功能智慧燈桿等交叉領(lǐng)域。智慧城市新時代，LED照明產(chǎn)業(yè)將得到前所未有的發(fā)展機遇。

　　汽車照明方面，LED由于具有節(jié)能環(huán)保、抗震能力、穩(wěn)定性及能耗等方面的競爭優(yōu)勢，在汽車后市場、乘用車、卡車與拖車、摩托車、公交車、商用車、旅行車、汽車配件等領(lǐng)域得到廣泛的應用。隨著交通運輸照明應用領(lǐng)域逐漸拓展，LED照明市場規(guī)模將不斷擴大。

　　微顯示方面，隨著5G網(wǎng)絡(luò)開通，5G+8K和5G+VR/AR將引領(lǐng)視覺領(lǐng)域變革的風口，而Micro/Mini LED作為新一代顯示技術(shù)，憑借亮度高、響應速度快、高能效、超高解析度等優(yōu)勢，在顯示應用方面潛力巨大，將迎來良好的發(fā)展機遇。

　　農(nóng)業(yè)照明方面，農(nóng)業(yè)照明需求和能耗不斷增大對傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)照明技術(shù)提出了新挑戰(zhàn)。LED作為新一代光源，除了環(huán)保節(jié)能外，具有光量可調(diào)整、光質(zhì)可調(diào)整、冷卻負荷低等優(yōu)點，適宜應用于封閉有環(huán)控的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，同時在養(yǎng)殖，微藻培養(yǎng)等方面也擁有巨大的應用潛力。