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半导体照明:从技术驱动转向应用驱动——2020年电子信息产业热点展望之四

LED芯片及应用产品出口至欧美多个国家,实现了自主研制的半导体照明芯片取代进口,促进半导体照明终端产品大规模的推广应用。李晋闽表示,未来,半导体照明将在健康照明、智慧照明以及农业、医疗、通信等超越照明的技术领域实现更为广泛的应用。
发布时间:2020-01-17 15:14        来源:中国电子报        作者:诸玲珍

1月10日上午,国家科学技术奖励大会在北京举行。由中国科学院半导体研究所、三安光电股份有限公司、厦门华联电子股份有限公司、深圳市洲明科技股份有限公司、河北立德电子有限公司、北京良业环境技术股份有限公司、鸿利智汇集团股份有限公司、佛山市国星光电股份有限公司等LED照明产业链各环节单位共同完成的“高光效长寿命半导体照明关键技术与产业化”项目,荣获国家科学技术进步奖一等奖。业内人士表示,该项目成果对践行创新驱动发展战略、推动半导体照明产业转型升级意义重大。在绿色节能的大背景下,半导体照明产业如何“点亮”未来?哪些应用将带动它进一步前行?

我国成为半导体照明

制造消费出口大国

半导体发光二极管(LED)具有高光效、长寿命的特点。经过近十多年的发展,以LED为核心器件的半导体照明作为一种新兴技术已成为照明史上继白炽灯之后的第二次照明革命,是全球高新技术竞争的关键领域。

LED节能效果显著,其电光转换效率是荧光灯的5倍,白炽灯的20倍。本世纪初期,世界上一些发达国家围绕LED的研制展开了激烈的技术竞赛,美国发布了“下一代照明计划”、欧盟发布了“彩虹计划”、日本发布了“21世纪光计划”等半导体照明发展计划。我国在2003首次提出发展半导体照明计划,科技部等六部委紧急启动“国家半导体照明工程”;2006年半导体照明列入“国家中长期科学技术发展规划纲要”;2013年国务院发布“发展节能环保产业的意见”,大力推动半导体照明产业化。中国科学院半导体研究所研究员、半导体照明联合创新国家重点实验室主任李晋闽表示,经过多年发展,目前,中国已经成为全球最大的半导体照明制造、消费和出口国,已有近50%的传统光源被LED产品所取代,每年累计实现节电约2800亿千瓦时,相当于3个三峡水利工程的发电量。

随着LED外延片、芯片、封装技术的不断提升以及应用领域的不断扩大,LED照明越来越普及。赛迪智库集成电路研究所分析师徐丰在接受《中国电子报》记者采访时,给出的一组数据更佐证了LED照明产业快速增长的趋势。2014到2019年,全球LED通用照明渗透率翻番,拉动全球半导体照明产业出现高速增长,年复合增长率(GAGR)高达22%。2019年,预计全球半导体照明产业规模达到648亿美元,渗透率达到62%。从区域分布上看,半导体照明产业主要分布在北美、亚洲和欧洲。其中,欧洲欧司朗、飞利浦和美国科锐、日本日亚化学等巨头占据行业主导地位,技术研发领先全球;我国与韩国拥有消费类电子完整产业链,构成全球LED产业的第二梯队。2018年,我国半导体照明行业整体产值达到7374亿元,同比增长12.8%。

提光效降能耗

半导体照明走进千家万户

曾几何时,半导体照明产品一度面临电光转化效率低、长期工作可靠性差、标准缺失等核心难题,关键技术被美日垄断。业内专家均表示,高光效、低能耗是LED照明产业永恒的话题,是其走进各行各业、千家万户的前提条件。

此次中国科学院半导体研究所与三安光电等单位共同承担的“高光效长寿命半导体照明关键技术与产业化”项目率先突破了全链条自主可控的半导体照明关键技术,实现了全球最大规模的LED芯片产业化。据悉,该项目从半导体照明材料、芯片、封装、模组与应用全链条开展产研联合技术攻关,突破了大规模推广应用的高光效长寿命半导体照明器件关键技术,对我国半导体照明企业缩短研发周期、抢占快速发展的应用市场起到了至关重要的推动作用。

三安光电副总经理蔡文必表示,随着各国淘汰白炽灯计划进一步实施,LED通用照明市场将呈现爆发式增长。此次项目成果包括p型氮化物掺杂与量子阱结构设计、微纳图形化衬底及成核技术、新型缓冲层的高质量氮化物外延技术、激光诱导光提取技术等多项外延芯片技术,率先在三安光电进行推广与量产,实现了我国半导体照明芯片由完全依赖进口发展到全面国产化;LED芯片及应用产品出口至欧美多个国家,实现了自主研制的半导体照明芯片取代进口,促进半导体照明终端产品大规模的推广应用。

据介绍,高光效长寿命半导体照明关键技术已在多项国家重大工程中开展了示范应用。在室内照明应用中,基于该技术成果的LED光源应用于人民大会堂万人大礼堂及宴会厅,节电率达到84%,整体平均照度平均增长了1倍,自2012年改造完成至今安全运行无故障。此外,该项目产品在中国APEC峰会、北京奥运会、“十城万盏”节能改造、索契冬奥会、俄罗斯世界杯等多场景开展示范应用,节能减排效果显著。

半导体照明正在从

技术驱动变为应用驱动

近年来,全球半导体照明产业出现了跨界融合、商业模式变革、企业服务模式创新等发展趋势。徐丰告诉《中国电子报》记者,跨界融合方面,语音控制和无线传输、物联网融合技术迅速发展,成为智能照明与智慧城市等细分领域的突破口;商业模式变革方面,兼并重组、资本运作成为常态,跨行业并购、混合所有制成为股份公司、民营上市公司发展方向;企业服务模式方面,产品制造商逐步向产品、服务系统集成商转变。

此外,半导体照明产业正在从技术驱动转变为应用驱动,按需照明、智慧照明、超越照明将是半导体照明产业未来发展的重要趋势。李晋闽表示,未来,半导体照明将在健康照明、智慧照明以及农业、医疗、通信等超越照明的技术领域实现更为广泛的应用。

徐丰给出了LED照明在智慧城市、汽车照明、微显示、农业照明中的具体应用。他认为,在智慧城市方面,相较于传统高压钠灯和白炽灯等传统照明光源,LED具备使用寿命长、维护成本低及改善光源质量的优势凸显。在5G的推动下,国内已有多家照明企业积极推广5G智慧路灯。多家跨界企业也涌入了多功能智慧灯杆等交叉领域。智慧城市新时代,LED照明产业将得到前所未有的发展机遇。

汽车照明方面,LED由于具有节能环保、抗震能力、稳定性及能耗等方面的竞争优势,在汽车后市场、乘用车、卡车与拖车、摩托车、公交车、商用车、旅行车、汽车配件等领域得到广泛的应用。随着交通运输照明应用领域逐渐拓展,LED照明市场规模将不断扩大。

微显示方面,随着5G网络开通,5G+8K和5G+VR/AR将引领视觉领域变革的风口,而Micro/Mini LED作为新一代显示技术,凭借亮度高、响应速度快、高能效、超高解析度等优势,在显示应用方面潜力巨大,将迎来良好的发展机遇。

农业照明方面,农业照明需求和能耗不断增大对传统农业照明技术提出了新挑战。LED作为新一代光源,除了环保节能外,具有光量可调整、光质可调整、冷却负荷低等优点,适宜应用于封闭有环控的农业生产环境,同时在养殖,微藻培养等方面也拥有巨大的应用潜力。

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