半導(dǎo)體照明:從技術(shù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向應(yīng)用驅(qū)動(dòng)

諸玲珍

1月10日上午，國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)在北京舉行。由中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)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(tuán)股份有限公司、佛山市國(guó)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(zhǎng)壽命半導(dǎo)體照明關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化”項(xiàng)目，榮獲國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。業(yè)內(nèi)人士表示，該項(xiàng)目成果對(duì)踐行創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略、推動(dòng)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)意義重大。在綠色節(jié)能的大背景下，半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)如何“點(diǎn)亮”未來？哪些應(yīng)用將帶動(dòng)它進(jìn)一步前行？

我國(guó)成為半導(dǎo)體照明

制造消費(fèi)出口大國(guó)

半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）具有高光效、長(zhǎng)壽命的特點(diǎn)。經(jīng)過近十多年的發(fā)展，以LED為核心器件的半導(dǎo)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(jìng)爭(zhēng)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(jì)初期，世界上一些發(fā)達(dá)國(guó)家圍繞LED的研制展開了激烈的技術(shù)競(jìng)賽，美國(guó)發(fā)布了“下一代照明計(jì)劃”、歐盟發(fā)布了“彩虹計(jì)劃”、日本發(fā)布了“21世紀(jì)光計(jì)劃”等半導(dǎo)體照明發(fā)展計(jì)劃。

我國(guó)在2003首次提出發(fā)展半導(dǎo)體照明計(jì)劃，科技部等六部委緊急啟動(dòng)“國(guó)家半導(dǎo)體照明工程”;2006年半導(dǎo)體照明列入“國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要”;2013年國(guó)務(wù)院發(fā)布“發(fā)展節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)的意見”，大力推動(dòng)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)化。中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所研究員、半導(dǎo)體照明聯(lián)合創(chuàng)新國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任李晉閩表示，經(jīng)過多年發(fā)展，目前，中國(guó)已經(jīng)成為全球最大的半導(dǎo)體照明制造、消費(fèi)和出口國(guó)，已有近50%的傳統(tǒng)光源被LED產(chǎn)品所取代，每年累計(jì)實(shí)現(xiàn)節(jié)電約2800億千瓦時(shí)，相當(dāng)于3個(gè)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(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)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(guó)電子報(bào)》記者采訪時(shí)，給出的一組數(shù)據(jù)更佐證了LED照明產(chǎn)業(yè)快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。2014到2019年，全球LED通用照明滲透率翻番，拉動(dòng)全球半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)高速增長(zhǎng)，年復(fù)合增長(zhǎng)率（GAGR）高達(dá)22%。2019年，預(yù)計(jì)全球半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到648億美元，滲透率達(dá)到62%。從區(qū)域分布上看，半導(dǎo)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(guó)科銳、日本日亞化學(xué)等巨頭占據(jù)行業(yè)主導(dǎo)地位，技術(shù)研發(fā)領(lǐng)先全球;我國(guó)與韓國(guó)擁有消費(fèi)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(duì)。2018年，我國(guó)半導(dǎo)體照明行業(yè)整體產(chǎn)值達(dá)到7374億元，同比增長(zhǎng)12.8%。

提光效降能耗

半導(dǎo)體照明走進(jìn)千家萬戶

曾幾何時(shí)，半導(dǎo)體照明產(chǎn)品一度面臨電光轉(zhuǎn)化效率低、長(zhǎng)期工作可靠性差、標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)各行各業(yè)、千家萬戶的前提條件。

此次中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所與三安光電等單位共同承擔(dān)的“高光效長(zhǎng)壽命半導(dǎo)體照明關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化”項(xiàng)目率先突破了全鏈條自主可控的半導(dǎo)體照明關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了全球最大規(guī)模的LED芯片產(chǎn)業(yè)化。據(jù)悉，該項(xiàng)目從半導(dǎo)體照明材料、芯片、封裝、模組與應(yīng)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(yīng)用的高光效長(zhǎng)壽命半導(dǎo)體照明器件關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)我國(guó)半導(dǎo)體照明企業(yè)縮短研發(fā)周期、搶占快速發(fā)展的應(yīng)用市場(chǎng)起到了至關(guān)重要的推動(dòng)作用。

三安光電副總經(jīng)理蔡文必表示，隨著各國(guó)淘汰白熾燈計(jì)劃進(jìn)一步實(shí)施，LED通用照明市場(chǎng)將呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)。此次項(xiàng)目成果包括p型氮化物摻雜與量子阱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、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(dǎo)光提取技術(shù)等多項(xiàng)外延芯片技術(shù)，率先在三安光電進(jìn)行推廣與量產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)半導(dǎo)體照明芯片由完全依賴進(jìn)口發(fā)展到全面國(guó)產(chǎn)化;LED芯片及應(yīng)用產(chǎn)品出口至歐美多個(gè)國(guó)家，實(shí)現(xiàn)了自主研制的半導(dǎo)體照明芯片取代進(jìn)口，促進(jìn)半導(dǎo)體照明終端產(chǎn)品大規(guī)模的推廣應(yīng)用。

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

半導(dǎo)體照明正在從

技術(shù)驅(qū)動(dòng)變?yōu)閼?yīng)用驅(qū)動(dòng)

近年來，全球半導(dǎo)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(wù)模式創(chuàng)新等發(fā)展趨勢(shì)。徐豐告訴《中國(guó)電子報(bào)》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(xì)分領(lǐng)域的突破口;商業(yè)模式變革方面，兼并重組、資本運(yùn)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(yíng)上市公司發(fā)展方向;企業(yè)服務(wù)模式方面，產(chǎn)品制造商逐步向產(chǎn)品、服務(wù)系統(tǒng)集成商轉(zhuǎn)變。

此外，半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)正在從技術(shù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)用驅(qū)動(dòng)，按需照明、智慧照明、超越照明將是半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的重要趨勢(shì)。李晉閩表示，未來，半導(dǎo)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(yīng)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(yīng)用。他認(rèn)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(zhǎng)、維護(hù)成本低及改善光源質(zhì)量的優(yōu)勢(shì)凸顯。在5G的推動(dòng)下，國(guó)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(shí)代，LED照明產(chǎn)業(yè)將得到前所未有的發(fā)展機(jī)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(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，在汽車后市場(chǎng)、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(yīng)用。隨著交通運(yùn)輸照明應(yīng)用領(lǐng)域逐漸拓展，LED照明市場(chǎng)規(guī)模將不斷擴(kuò)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(fēng)口，而Micro/MiniLED作為新一代顯示技術(shù)，憑借亮度高、響應(yīng)速度快、高能效、超高解析度等優(yōu)勢(shì)，在顯示應(yīng)用方面潛力巨大，將迎來良好的發(fā)展機(jī)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(duì)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(fù)荷低等優(yōu)點(diǎn)，適宜應(yīng)用于封閉有環(huán)控的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，同時(shí)在養(yǎng)殖，微藻培養(yǎng)等方面也擁有巨大的應(yīng)用潛力。