我國(guó)半導(dǎo)體照明逐步走向技術(shù)主導(dǎo)道路

第一只發(fā)光二極管誕生于上世紀(jì)60年代，經(jīng)過30多年的發(fā)展，中國(guó)LED產(chǎn)業(yè)在經(jīng)歷了買器件、買芯片、買外延片之路后，現(xiàn)已初步實(shí)現(xiàn)了外延片和芯片自主生產(chǎn)，形成了較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈。

產(chǎn)業(yè)鏈初步形成

第一批商業(yè)化的LED出現(xiàn)于1968年，最早的GaP(磷化鎵)、GaAsP(砷磷化鎵)紅色、黃色、綠色LED開始應(yīng)用于指示燈、數(shù)字和文字顯示。隨后十年，高亮度、全色化已成為L(zhǎng)ED技術(shù)研究的主要課題。1991年日本東芝公司與美國(guó)HP公司研制成四元系橙色、黃色、黃綠色超高亮度LED。1994年日本日亞公司研制成GaN(氮化鎵)藍(lán)綠色LED。1995年，高亮度藍(lán)色、綠色LED相繼進(jìn)入量產(chǎn)，使LED的發(fā)光波長(zhǎng)覆蓋從紅色到藍(lán)色整個(gè)可見光譜范圍，而且具有高達(dá)30%的發(fā)光效率。隨之而來的白色LED的成功研制，更大大拓展了LED的應(yīng)用領(lǐng)域，從此開始形成一個(gè)朝陽(yáng)無限的LED照明產(chǎn)業(yè)。

我國(guó)LED的發(fā)展起步于20世紀(jì)60年代。1970年11月在上海召開的全國(guó)砷化鎵學(xué)術(shù)交流會(huì)議上，報(bào)告了用水汽外延法制成“磷砷化鎵紅色發(fā)光二極管”的研究成果，從此我國(guó)LED材料和器件研發(fā)正式起步。20世紀(jì)80年代形成LED產(chǎn)業(yè)，90年代LED產(chǎn)業(yè)已經(jīng)初具規(guī)模，90年代后期得到迅猛發(fā)展。

早期國(guó)內(nèi)LED企業(yè)多為封裝企業(yè)，芯片全部從海外進(jìn)口。這一時(shí)期產(chǎn)業(yè)以封裝為主，產(chǎn)品主要用于信號(hào)、標(biāo)志、數(shù)字顯示等方面。1998年國(guó)家“九五”技改使南昌七四六廠組建的欣磊光電公司生產(chǎn)出普亮LED芯片10億只。1999年河北匯能電子公司和河北立德電子公司分別建成InGaAlP超高亮度LED外延片和芯片生產(chǎn)線，年產(chǎn)能達(dá)到外延片1萬片和芯片1億只，從而改變了我國(guó)LED外延片和芯片全部依賴進(jìn)口的局面。

國(guó)內(nèi)LED技術(shù)發(fā)展離不開科研院所的攻關(guān)研究。1997年，在國(guó)家自然科學(xué)基金的支持下，北京大學(xué)率先研制出國(guó)內(nèi)第一只藍(lán)光發(fā)光二極管。幾年后南昌大學(xué)在國(guó)際上率先開發(fā)成功硅襯底藍(lán)光LED材料與芯片的生產(chǎn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，成為我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第三種發(fā)光二極管外延材料與芯片的技術(shù)路線。

我國(guó)LED產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了進(jìn)口器件銷售——進(jìn)口芯片封裝——進(jìn)口外延片制成芯片并封裝——自主生產(chǎn)外延片、芯片和器件四個(gè)階段。我國(guó)LED產(chǎn)業(yè)之所以取得如此大的成就，原因也是多方面的：第一，光電產(chǎn)品應(yīng)用面拓展，市場(chǎng)出現(xiàn)供需矛盾，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不足，供應(yīng)量不足，急需擴(kuò)大企業(yè)產(chǎn)能，發(fā)展產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)。第二，改革開放帶來了發(fā)展機(jī)會(huì)。我國(guó)臺(tái)灣LED產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，向大陸出口大量芯片，加上LED封裝技術(shù)日趨成熟，新企業(yè)介入大陸封裝業(yè)，形成了總體產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)的擴(kuò)張。第三，政府加大了扶持產(chǎn)業(yè)發(fā)展的力度。長(zhǎng)春半導(dǎo)體廠、國(guó)營(yíng)746廠、蘇州半導(dǎo)體總廠先后進(jìn)行技術(shù)改造，并與院校的研究成果結(jié)合，取得了良好效果。第四，市場(chǎng)的急劇增長(zhǎng)使得僅靠大陸技術(shù)改造難以滿足需求，因而大量的芯片從我國(guó)臺(tái)灣、日本進(jìn)口，從而又促進(jìn)了LED封裝業(yè)的發(fā)展。第五，業(yè)者普遍達(dá)成共識(shí)，發(fā)展我國(guó)光電產(chǎn)業(yè)需要實(shí)行三個(gè)結(jié)合：投資者與企業(yè)相結(jié)合、研究成果與企業(yè)相結(jié)合、海峽兩岸技術(shù)與資源相結(jié)合。第六，國(guó)際上LED技術(shù)發(fā)展很快，四元系、氮化鎵和白光LED的面世促進(jìn)了LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展。同時(shí)LED被列入“863”計(jì)劃，使LED產(chǎn)業(yè)得到蓬勃發(fā)展。

經(jīng)過30多年的發(fā)展，中國(guó)LED產(chǎn)業(yè)現(xiàn)已初步實(shí)現(xiàn)了外延片和芯片自主生產(chǎn)，形成了較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈。主要研發(fā)單位有北京大學(xué)、清華大學(xué)、中科院半導(dǎo)體研究所、南昌大學(xué)、中電集團(tuán)第13研究所、中科院物理所、華南師范大學(xué)、廈門大學(xué)、山東大學(xué)、南京大學(xué)等;外延、芯片生產(chǎn)廠主要有廈門三安、大連路美、上海藍(lán)光、上海藍(lán)寶、山東華光、深圳方大、杭州士蘭明芯、江西聯(lián)創(chuàng)、南昌欣磊、上海大晨等;封裝與應(yīng)用廠家主要有廈門華聯(lián)、佛山國(guó)星、寧波升譜、江蘇穩(wěn)潤(rùn)、廣州鴻利、天津天星、河北鑫谷、上海三思、北京利亞德、深圳國(guó)冶星光等。

目前從事LED產(chǎn)業(yè)的人數(shù)達(dá)30余萬人，企業(yè)2000多家，其中外延與芯片生產(chǎn)企業(yè)40余家，封裝企業(yè)600多家，LED應(yīng)用產(chǎn)品及配套企業(yè)1000余家。2007年我國(guó)LED產(chǎn)量460億只，芯片產(chǎn)量360億只，其中高亮度芯片210億只，器件及模塊產(chǎn)值達(dá)220億元。

　　發(fā)光效率提升帶動(dòng)LED應(yīng)用發(fā)展

如今半導(dǎo)體照明已經(jīng)無可爭(zhēng)議地成為L(zhǎng)ED在21世紀(jì)的重要應(yīng)用領(lǐng)域。半導(dǎo)體照明工程為我國(guó)LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了前所未有的機(jī)遇和巨大支持。國(guó)家已經(jīng)在“十一五”規(guī)劃中將LED照明列入重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目，這也將促進(jìn)我國(guó)LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。隨著LED應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，必將帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)整體持續(xù)成長(zhǎng)，LED產(chǎn)業(yè)的未來仍將是業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。

半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)正在快速增長(zhǎng)，2008年全球發(fā)光二極管(LED)市場(chǎng)達(dá)到100億美元。面對(duì)半導(dǎo)體照明的巨大商機(jī)和令人鼓舞的發(fā)展前景，我國(guó)已成為全球半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展最快的區(qū)域。同時(shí)我國(guó)是全球最大的傳統(tǒng)照明生產(chǎn)、消費(fèi)和出口國(guó)，半導(dǎo)體照明的發(fā)展為我國(guó)傳統(tǒng)照明行業(yè)創(chuàng)造了極好的產(chǎn)業(yè)提升機(jī)遇。特別是北京舉辦2008奧林匹克運(yùn)動(dòng)會(huì)、上海舉辦2010世界博覽會(huì)、廣州亞運(yùn)會(huì)等重大工程，也將大大推動(dòng)國(guó)內(nèi)LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，預(yù)計(jì)2010年我國(guó)LED及相關(guān)應(yīng)用產(chǎn)品產(chǎn)值將達(dá)到1000億元。

2008年全球LED市場(chǎng)容量大概在50億美元，到2013年全球LED市場(chǎng)容量將達(dá)到179億美元左右，年復(fù)合增長(zhǎng)率為24%。從應(yīng)用領(lǐng)域來看，照明領(lǐng)域的年復(fù)合增長(zhǎng)率為40.3%，汽車為6.9%，液晶背光(大尺寸)為117.4%，顯示產(chǎn)品為2.2%?？梢钥闯觯鲩L(zhǎng)最快的除了大尺寸背光外就是照明產(chǎn)品。2004年景觀照明和通用照明在整個(gè)LED應(yīng)用中所占比例為5%，到了2008年，這一比例上升到15%。

LED照明應(yīng)用領(lǐng)域在不斷擴(kuò)張。2002年，LED白光的發(fā)光效率為25lm/W，一般是應(yīng)用在汽車儀表盤中。2004年，光效為40lm/W，應(yīng)用也隨之?dāng)U展到手機(jī)背光和手電筒。到2006年，LED白光發(fā)光效率達(dá)到60lm/W，這時(shí)汽車內(nèi)飾(頂燈)照明、戶外的景觀亮化應(yīng)用就出現(xiàn)了。到了2008年，LED光效達(dá)到了80lm/W，汽車的前大燈、半導(dǎo)體照明燈、大尺寸液晶背光等應(yīng)用逐漸興起。到2010年，LED發(fā)光效率將達(dá)到100lm/W，將會(huì)逐漸進(jìn)入半導(dǎo)體照明時(shí)代，戶外照明、室內(nèi)照明、環(huán)境照明、特殊照明等一系列應(yīng)用將逐漸興起。發(fā)光效率的提升帶動(dòng)了LED應(yīng)用的發(fā)展。

隨著各國(guó)對(duì)環(huán)境問題的日益重視，LED照明也越來越受到關(guān)注。我們來看一下各國(guó)的環(huán)境政策和綠色照明計(jì)劃，中國(guó)有“半導(dǎo)體照明工程”;美國(guó)有“下一代照明計(jì)劃”，到2020年把LED光效提高到200lm/W;歐洲的綠色照明計(jì)劃稱為“彩虹計(jì)劃”;韓國(guó)的計(jì)劃稱為“GaN半導(dǎo)體開發(fā)計(jì)劃”。從LED照明技術(shù)發(fā)展目標(biāo)看，有兩個(gè)很重要的時(shí)間點(diǎn)，一個(gè)是2012年，一個(gè)是2020年。2012年，LED光效將達(dá)到150lm/W，壽命將從2萬小時(shí)提升到10萬小時(shí)，可以替代熒光燈。到2020年，光效將達(dá)到200lm/W，可以替代目前全部的照明產(chǎn)品。

我國(guó)是LED的應(yīng)用大國(guó)，因此立足于自主創(chuàng)新的產(chǎn)業(yè)發(fā)展是推動(dòng)我國(guó)半導(dǎo)體照明發(fā)展的關(guān)鍵。在未來的幾年，隨著LED應(yīng)用領(lǐng)域的逐漸擴(kuò)大，中國(guó)應(yīng)該同時(shí)加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)，從外延到芯片到封裝及應(yīng)用都應(yīng)該形成國(guó)產(chǎn)化，打破國(guó)際專利的封鎖，產(chǎn)品不但滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求，甚至外銷國(guó)際市場(chǎng)。

經(jīng)過30多年的發(fā)展，中國(guó)LED產(chǎn)業(yè)在經(jīng)歷了買器件、買芯片、買外延片之路后，現(xiàn)已初步實(shí)現(xiàn)了外延片和芯片自主生產(chǎn)，形成了較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈。

沈光地簡(jiǎn)歷：

1939年出生，湖南長(zhǎng)沙人。畢業(yè)于北京大學(xué)半導(dǎo)體物理專業(yè)，在中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所獲得碩士學(xué)位，1985-1992年在瑞典林雪平大學(xué)進(jìn)行科研工作，被瑞典皇家物理學(xué)院獎(jiǎng)勵(lì)并授予博士學(xué)位。

作者：沈光地
馮耀元