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LED照亮中国专题报道国内动态行业资讯资讯-【资讯】

发布时间:2021-07-21 16:25:10 阅读: 来源:剥线机厂家

2005年9月1日,科技部部长徐冠华在科技部三楼会议室接见了以邵春林博士为代表的从日本、美国归国博士团队。这是邵博士在最近一个月的第二次回国。

1986年,邵春林博士在日本名古屋大学研究生院获取工学博士学位。1987年回国后,攻读光电子专业的邵春林在国内还没有合适的位置,于是1991年又回到日本继续从事研究工作。从1980年读硕士开始从事化合物半导体研究,邵春林在半导体光电器件研究领域已经有20多年的经验,并见证了日本光电子技术发展成为世界最领先国家的全过程。

邵春林目前工作的名古屋工业大学纳米器件及系统研究中心是日本LED最重要的三个技术源之一,也是日本LED产业核心设备MOCVD(有机金属化学气相沉积)生产企业??日本大阳酸素(SANSO)的技术支持单位,目前该公司的MOCVD设备占到日本80%市场。大阳酸素MOCVD前4台样机,基本上是在邵春林所在的研究中心完成。更重要的是,通过邵春林的努力,名古屋工业大学纳米器件及系统研究中心已经有一批中国研究人员,掌握了发光半导体外延芯片的生长、光电子器件和光传感器的完整技术。

9月1日,邵春林拜访徐冠华部长的主要议题,就是中国光电子产业的发展规划。在这之前的8月中旬,邵春林博士已经和“国家半导体照明”工程秘书处有过了深入的沟通。邵春林介绍,在LED领域,主要有三个环节:就是发光半导体外延片的生长、芯片和封装。目前国内三个环节都有,在中低端的应用领域还有一定基础。但是在关键环节,尤其是外延片的生长环节,与世界一流水平还有较大的差距。从产业价值链的情况看,外延片的生长要占到70%的价值。高质量的外延片已经成为中国LED产业发展的主要制约环节。

国内著名光电子半导体专家、工程院院士陈良惠教授在去年访问名古屋工业大学纳米器件及系统研究中心时说,在LED领域,以邵春林为核心的团队在世界上都是少见的。邵春林博士对回国将中国LED产业提升到国际一流水平也满怀信心。

国家半导体照明工程

实际上早在1907年,人类就发现了半导体材料通电发光现象,不过真正商用的LED是上世纪60年代。当时的LED由化合物半导体材料GaAsP制成,发红光。在整个上世纪60、70年代,LED的发光效率非常低,而且不能激发非常重要的原色??蓝光。在此阶段,LED主要应用于各种昂贵设备,作为信号指示灯。

进入20世纪90年代,随着氮化物LED的发明,LED的发光效率有了质的飞跃,而组成白光的重要原色蓝光,也在1992年由日本著名LED企业日亚化学的中村修二发明。这样整个可见光领域的单色LED已经完整,能够满足各种单色发光的应用场所。

影响LED产业发展最重大的变化,是高亮度白光LED的发明。自1997年白光LED发明后,专家对白光LED进入普通照明领域的可能进行了研究。作为光源,LED优势体现在三个方面:节能、环保和长寿命。LED不依靠灯丝发热来发光,能量转化效率非常高,理论上可以达到白炽灯10%的能耗,相比荧光灯,LED也可以达到50%的节能效果。中国绿色照明工程促进项目办公室做过一个专项调查,我国照明用电每年在3000亿度以上,用LED取代全部白炽灯或部分取代荧光灯,节省1/3的照明用电,就意味着节约1000亿度,相当于一个总投资超过2000亿三峡工程全年的发电量。

这对能源十分紧张的中国来说,无疑具有十分重要的意义。同样,美国能源部也有一个类似的预测,到2010年美国一半的白炽灯如果由LED取代的话,仅节约的电费就达到350亿美元。在使用寿命方面,LED采用固体封装,结构牢固,寿命达10万小时,是荧光灯的10倍,白炽灯的100倍。在环保方面,用LED替代荧光灯,避免了荧光灯管破裂溢出汞的二次污染。

正是在这种背景下,美国、日本、欧洲、韩国都制定了相应的国家半导体照明计划。例如日本于1998年在世界率先开展“21世纪照明”计划,旨在通过使用长寿命、更薄更轻的GaN高效蓝光和紫外LED技术使得照明的能量效率提高为传统荧光灯的两倍,减少CO2的产生,并在2006年完成用LED替代50%的传统照明。整个计划的财政预算为60亿日元。从1998-2002年,耗资50亿日元的第一期目标,目前已经完成。现在,日本正在实施第二期计划,计划到2010年LED的发光效率达到120 lm/W。

美国2000年制订的“下一代照明计划”(NGLI)被列入了能源法案,计划从2000年-2010年,投资5亿美元。美国半导体照明计划将取得这样的成绩:减少 2.58亿吨碳污染物的排出;少建133座新的电站;预计到2010年,55%的白炽灯和荧光灯被半导体灯取代,到2025年,固态照明光源的使用将使照明用电减少一半,每年节电额达350亿美元;累计节约财政开支1150亿美元;形成一个每年产值超过500亿美元的半导体照明产业市场;带来高质量的数以百万计的工作机会。

欧盟的“彩虹计划”在2000年7月启动,通过欧盟的补助金来推广白光发光二极管的应用。希望通过应用半导体照明实现高效、节能、不使用有害环境的材料、模拟自然光的目标。

韩国“GaN半导体开发计划”从2000年至2008年,由政府投入4.72亿美元,企业投入7.36亿美元来进行。研究项目包括以GaN为研究材料的白光LED,蓝、绿光激光二极管及高功率电子组件三大领域。

2003年6月17日,由中国科技部牵头成立了跨部门、跨地区、跨行业的“国家半导体照明工程协调领导小组”,提出了我国实施半导体照明工程的总体方针,确定从协调领导小组成立之日起,到2005年年底前的这段时间,为半导体照明工程项目的紧急启动期,并在“十五”攻关计划中紧急启动半导体照明产业化关键技术重大项目,在此期间要结合制定国家中长期科技发展规划和第十一个科技五年计划,研究提出中国半导体照明产业发展的总体战略和实施方案。从2006年的“十一五”开始,国家将把半导体照明工程作为一个重大工程进行推动。

目前,科技部已经批准上海、大连、南昌、厦门以及深圳作为产业化基地。今年6月,深圳“国家半导体照明工程产业化基地”在宝安区光明高新技术园区奠基挂牌,产业基地的目标是??至2010年,上、中、下游及应用产品企业超过200家,年销售收入接近1000亿元,创汇超过25亿美元。

2004年通过科技部产业化基地批准的南昌市,计划建设以“一区”(南昌国家高新技术产业开发区)、“一校”(南昌大学)为基本框架,在以企业为投资主体的同时,市政府每年拨出600万元专项资金,用于支持企业研发、技术公共平台建设和项目贷款贴息,并通过人才资源整合及创新机制,集中力量新建两个国家级工程技术研究中心。按照基地建设阶段目标,“十五”和“十一五”期间,基地内企业投资将分别达10亿元和20亿元,至2005年和2010年,其半导体发光材料和器件、显示屏照明光源和LED灯具将分别达到每年30亿元和100亿元的经济规模。

最早被科技部批准成为产业化基地的厦门市将光电产业作为新型产业给予政策和资金等方面的倾斜支持。厦门市高新区已决定设立“厦门光电子孵化器”,以创业孵化方面的经验和优势,在资本、技术、人才、管理等多个方面为这些科技型中小企业提供专业化的服务和支持,推动这些企业的快速成长。同时加快由“孵化企业”向“孵化产业”推进,迅速培育出一条产业链和产业带。另外,中国台湾作为全球第二大LED产业基地,而厦门正是台湾企业产业转移的最佳目的地之一。近两年来,台湾的光电产业正在向祖国大陆进行大规模的产业梯度转移。目前在厦门大型光电企业中,有三分之一来自台湾,落户厦门火炬高新区的大型LED企业中就有自台湾明达、趋动等。厦门市已经确立了建立台湾光电子产业二次创业产业基地目标。预计到2010年,厦门光电子产业规模将达到200亿元的规模。

粗略计算5大产业基地的目标,到2010年,整个中国LED产业将超过1500亿元的规模。

不过,业界一致的看法是LED要真正进入普通照明领域,需要在2010年后。目前工业生产LED的关键技术指标??发光效率是50lm/W,高于白炽灯典型的发光效率15lm/W,不及荧光灯典型的发光效率80lm/W。世界领先的LED厂商日本日亚化学预测,超过100lm/W高亮LED最快也要到2008年才能开发。业内专家普遍认为,LED要进入日常照明领域,至少要达到120lm/W的发光效率。

同上世纪60、70年代,LED产业发展初期不同,LED虽然进入日常照明领域还需要假以时日,但是目前LED的应用领域已经非常广泛。

实际上,从全球市场来看,高亮度LED主要的应用领域还是在移动设备的背光源上,这种需求占整个市场的近60%。另一个主要市场是汽车和信号灯市场。黄振春博士在美国博士后研究就主攻外延片生长。2001年,黄博士回国创办LED封装企业??奥雷光电,并担任公司的CEO在中国LED还有一个巨大的应用空间就是景观灯。

黄振春说,现在很多城市的楼宇都是依靠高功率射灯勾画建筑轮廓,非常耗电。近几年电力紧张,城市亮化工程不得不停下来。利用LED将建筑轮廓勾画出来是完全可能的。从视觉效果看,射灯依靠的是楼宇反光,需要很高的亮度,而LED是自身发光,在同样视觉效果下能耗将大大降低。更重要的是,LED色彩丰富,可以构成彩色图案。黄振春介绍奥雷光电在重庆做了一栋大楼的景观灯。整个形象如一个巨大的川剧脸谱, LED封装材料是彩色的,白天看是一个脸谱的形象,晚上发光也是彩色的脸谱形象。

在城市中大量应用的广告牌也可以部分用LED取代,现在的广告牌基本采用喷绘加射灯照明,视觉效果是喷绘反射光的效果,需要很高的照度,而采用LED则不需要反射。目前在国内城市上海、厦门、重庆等都展开了LED景观照明示范工程。而2008年北京奥运会、2010年上海世博会召开,也会大大促进LED在景观照明中的应用。有资料显示,北京地铁照明每年更换的灯就有10%左右,而长寿命省电LED的使用必然会减少大量更换维护费用,这对城市公共照明无疑是一条可行的解决之道。可以预测,未来5年LED必然在国内景观照明中得到迅速普及。重庆市政府计划在2006年投资1.6亿元人民币来支持景观照明,加上地方各区和建筑业主再自行配套,预计投资将在3亿元人民币左右。据保守估计,假如全国100座大中城市,每座城市平均在景观照明上的投资为1亿元人民币,将具有100亿元人民币的市场规模。目前LED管的价值约占景观产品的1/2,那么估计每年高亮度LED的用量约为100-200亿只。国家半导体照明协调领导小组办公室于2005年4月在厦门国际会议上发表的报告指出:到2008年,我国的城市景观灯光市场将达到200亿人民币左右,成为LED市场最大的应用领域。

最近两年,LED主要应用领域??手持设备增长有限,不过在汽车等高端应用领域,LED的市场空间正在飞速成长。有资料显示,目前欧洲80%以上的汽车采用了LED照明。例如普遍采用的高位刹车灯,由于LED反应速度比传统白炽灯快一个数量级,相比传统白炽灯可以给后车增加0.3秒的反应时间,可以大大降低追尾事故的发生。同时我国也规定,上高速公路的汽车必须按照安装LED雾灯。在汽车照明领域,除了前大灯目前LED还达不到大规模应用的要求,其他如仪表指示灯、车内照明灯、尾灯等都可以用LED取代。LED灯在汽车照明的优势就是可以制作成任何形状,同时LED灯的寿命往往超过汽车使用寿命,不需要更换。

另一块高速发展的市场就是大屏幕LCD背光源,目前丰田合成已经开发成功32寸LCD的背光源。东芝公司在其著名的U100笔记本7.2英寸液晶屏上,采用了32个LED的独立控制机构来实现背照光系统,功率却仅有1.3W。而同等尺寸液晶屏需要的CCFT(Cold Cathode Fluorescent Tube冷阴极荧光管),耗电要达2.5W以上。耗电减少也直接延长了U100的电池续航时间,增强了笔记本的便携性。采用了LED背光灯的液晶电视,其色域范围可以超过NTSC的100%,达到105%,而传统的CCFT背光源最多达到NTSC 的78%。采用LED作为背光源,有望解决LCD色饱和度不够的致命缺点。现在制约LED大规模进入大屏幕背光源市场的仍然是价格问题。

另外在光通讯领域,LED有可能迎来新的发展高潮。黄振春领导的奥雷光电最近通过了思科的供应商认证,提供的产品就是光通讯领域用的信号发生器。黄振春介绍,国内智能大厦已经开始施工。例如镇江恒美家园就是光纤入户,实现电视、电话和互联网三网的融合。在这个过程中,就需要大量的收发、交换和开关器件。奥雷光电给思科生产的就是光信号发生器。黄振春戏言,光给思科供货,就够公司吃饭。目前光纤的价格已经降到可以接受的范围,光纤入户、光纤到桌面完全可能。这可能给LED带来一个爆发性的增长。

随着器件水平的发展,有一些新的应用也被开发。国际上有报道在农业上,利用特殊波长的紫外LED可以杀虫。在医疗领域,比如治疗癌症,可以将特殊波长紫外LED植入体内,有针对的对癌细胞进行照射。

实际上中国电子元件协会也预计,2005年中国高亮LED市场将有50%的增长。上海全息投资公司董事长,也是筹备中邵春林担纲技术顾问的宇体光电公司的投资人周家斌说,类似日亚化学这样领先的LED厂商,并不急于进入普通照明领域,高端市场的容量已经让他们做不过来了。

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