LED照明市場(chǎng)爆發(fā)中的節能技術(shù)瓶頸分析

　　隨著(zhù)人們環(huán)保意識的日益增強，LED作為新一代照明技術(shù)，成為全社會(huì )關(guān)注的焦點(diǎn)。在價(jià)格不斷下跌，以及發(fā)光效率與壽命不斷提升的雙重因素推動(dòng)下，加上具備省電、節能以及環(huán)保的優(yōu)勢，LED照明迎來(lái)了市場(chǎng)爆發(fā)的時(shí)點(diǎn)。然而，技術(shù)的自主研發(fā)是我國產(chǎn)業(yè)長(cháng)期存在的劣勢，在研判市場(chǎng)趨勢的同時(shí)，分析LED照明產(chǎn)品生產(chǎn)中關(guān)鍵設備和重要材料尚存的諸多技術(shù)瓶頸，對產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有很好的參考意義。

　　1、替換潮大幕開(kāi)啟

　　權威數據預測，到2020年全球照明市場(chǎng)規模將超過(guò)1500億美元，較2010年的1340億美元增長(cháng)11.9%。雖然整體規模增長(cháng)不大，但是照明產(chǎn)品結構會(huì )發(fā)生明顯變化。其中，LED照明市場(chǎng)份額將由2010年的50億美元左右增加到750億美元，即10年將擴張15倍。2014年，LEDinside預計全球LED照明產(chǎn)品出貨量將增長(cháng)68%，產(chǎn)值達178億美元。另?yè)_灣拓撲產(chǎn)業(yè)研究所的數據，目前全球LED照明的滲透率僅為10%，到2015年或最遲2020年，滲透率將達到50%，也就是說(shuō)，未來(lái)幾年間，LED照明器件將大量替換傳統照明裝置。圖1所示為近幾年全球LED照明市場(chǎng)的滲透率趨勢。

　　從2014年起，歐美國家開(kāi)始逐步淘汰民用市場(chǎng)用量最大的40～60W白熾燈泡，為L(cháng)ED照明產(chǎn)品的普及提供了有利的契機。這也將刺激全球LED照明廠(chǎng)商加快布局LED照明的步伐，進(jìn)一步推升全球LED照明滲透率。美國政府對于LED照明的扶持力度正在逐漸加大，能源之星等燈具補貼數量增長(cháng)迅速，促使LED燈具價(jià)格進(jìn)一步降低。CREE等廠(chǎng)商紛紛看好2014年LED照明市場(chǎng)發(fā)展，并預期替換性燈具的銷(xiāo)量增長(cháng)將成為接下來(lái)的業(yè)務(wù)增長(cháng)重點(diǎn)。在市場(chǎng)相對成熟的歐洲，雖然并未見(jiàn)到大規模的補貼政策，但是其高昂的電價(jià)以及光文化的差異，使得商用照明與戶(hù)外建筑情境照明應用持續存在需求。而未來(lái)幾年隨著(zhù)白熾燈泡全面禁止政策的影響發(fā)酵，預估市場(chǎng)將繼續呈現穩定增長(cháng)態(tài)勢。

　　作為L(cháng)ED領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)強國，日本在推動(dòng)世界LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展的過(guò)程中也發(fā)揮了十分重要的作用。早在十多年前，日本已開(kāi)始實(shí)施推動(dòng)半導體照明技術(shù)發(fā)展及產(chǎn)業(yè)化的“21世紀光計劃”，是世界上最早啟動(dòng)扶持LED產(chǎn)業(yè)政策的國家之一。近年來(lái)，在日本政府的大力扶持下，LED照明產(chǎn)業(yè)成長(cháng)迅速。同時(shí)日本國內節能意識高漲，尤其之前發(fā)生東日本大地震后，政府更提出“低碳素社會(huì )”(節能減碳)的目標。其中LED照明產(chǎn)品飛速普及，成為節能產(chǎn)品代表。

　　此外，在LED新興市場(chǎng)如巴西、印度、越南、俄羅斯等國家和地區，也相繼出臺了各種規劃和草案，扶持LED照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。這些地區對于LED照明產(chǎn)品的需求呈明顯上升趨勢，LED照明市場(chǎng)正在快速增長(cháng)，尤其是在LED公共照明和商用照明市場(chǎng)表現更為明顯。

　　多種數據表明，未來(lái)1～3年內LED照明將完成從15%～60%的滲透，大量的LED照明市場(chǎng)需求將被釋放出來(lái)。有力的扶持政策將直接帶動(dòng)LED照明市場(chǎng)的快速成長(cháng)。

　　2、技術(shù)瓶頸亟待突破

　　LED發(fā)光效率雖然不斷提升，但仍存在電光轉換效率低、散熱性能差、暖白光LED照明的顯色指數和色溫控制較難等亟待解決的問(wèn)題，這些都已成為現階段制約LED照明行業(yè)發(fā)展的瓶頸。

　　LED產(chǎn)業(yè)鏈下游的產(chǎn)出要以上游材料為基礎，但因材料本身的顯示度不明顯，人們對材料的關(guān)注很容易被弱化，造成對基礎材料研究重視不夠，以致雖有投入但支持力度不夠，難以吸引相關(guān)人才，導致材料成為發(fā)展瓶頸。目前LED產(chǎn)業(yè)仍是以50mm(2吋)或100mm(4吋)的藍寶石基板為基礎，若能利用大直徑的硅基板氮化鎵(GaN-on-Si)技術(shù)，便有可能充分發(fā)揮現有硅晶生態(tài)系統的完備技術(shù)與規模經(jīng)濟效益，達到降低整體LED成本的目標。若比較現行150mm(6吋)藍寶石基板和運用AZZURRO專(zhuān)利GaN-on-Si技術(shù)的150mm(6吋)晶圓，可達到超過(guò)75%原料的成本節省。雖然GaN-on-Si具顯著(zhù)的成本優(yōu)勢，但由于技術(shù)上的難度，因此一直未能在LED業(yè)界廣泛應用。問(wèn)題主要是由于硅基板和GaN的熱膨脹系數不同，在制程中會(huì )因為兩種材質(zhì)間的晶格錯位而產(chǎn)生應力，進(jìn)而形成曲度(bow)和薄膜厚度不均的問(wèn)題。曲度和薄膜厚度不均不僅會(huì )在后段加工時(shí)可能產(chǎn)生破裂，同時(shí)也會(huì )造成同一片晶圓上制作出的LED具不同的峰值波長(cháng)(peakwavelength)，增加了日后分選(binning)的困擾。根據AZZURRO于2011年第2季完成的150mm(6吋)GaN-on-Si晶圓來(lái)看，已可達到平均厚度6.1μm、標準偏差0.062μm，以及平均峰值波長(cháng)451.9nm、標準偏差2.1nm的水平。研制設備是LED照明器件發(fā)展的另一個(gè)基礎保障。MOCVD系統是LED外延片、微波功率的異質(zhì)結構材料生產(chǎn)的必需設備，隨著(zhù)化合物半導體器件市場(chǎng)的不斷擴大，MOCVD系統的需求量不斷增長(cháng)，而我國幾乎全部依賴(lài)進(jìn)口。國際上主要的MOCVD設備供應商有德國AIXTRON公司和美國VEECO公司，這兩家公司對單臺MOCVD設備的報價(jià)高達2000萬(wàn)元人民幣，即便如此，MOCVD系統這樣的關(guān)鍵設備，如果涉及國防科技，即使依靠進(jìn)口也難以獲得最優(yōu)性能。

　　LED封裝技術(shù)的發(fā)展，始終圍繞提升散熱效率以及縮減終端使用成本這樣的主題。新封裝材料的使用、新封裝規格的形成、新封裝工藝的出現，均是為了在保證質(zhì)量水平的前提下，降低單位流明成本。從全球市場(chǎng)來(lái)看，中國LED封裝廠(chǎng)商份額提升面臨的主要挑戰仍然是技術(shù)。2013年，行業(yè)出現EMC支架封裝、FlipChip以及晶圓級封裝(CSP)等新興技術(shù)。

　　如今，知識產(chǎn)權已成為L(cháng)ED企業(yè)競爭的戰略性武器。先進(jìn)入市場(chǎng)的LED企業(yè)為確保先發(fā)優(yōu)勢積極布局專(zhuān)利網(wǎng)，將知識產(chǎn)權作為戰略性武器以保持領(lǐng)先優(yōu)勢，阻擊后發(fā)企業(yè)進(jìn)入LED市場(chǎng)。因此，LED照明市場(chǎng)的發(fā)展還面臨知識產(chǎn)權危機。近10年來(lái)，半導體照明市場(chǎng)快速增長(cháng)，LED知識產(chǎn)權成為國際半導體照明產(chǎn)業(yè)競爭的焦點(diǎn)?？v觀(guān)全球LED知識產(chǎn)權格局，產(chǎn)業(yè)的核心專(zhuān)利仍由日本的日亞化學(xué)公司、豐田合成公司、美國科銳公司、飛利浦流明公司及德國的歐司朗公司等5大廠(chǎng)商主導。雖然近些年我國大陸地區LED專(zhuān)利申請數量大幅增長(cháng)，但我國在全球LED知識產(chǎn)權格局中的地位并沒(méi)有因此得到根本改善。我國LED專(zhuān)利主要集中于中下游領(lǐng)域，中游封裝、下游應用環(huán)節的專(zhuān)利占申請總量的64%。在關(guān)系到產(chǎn)業(yè)長(cháng)遠發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節，仍缺乏核心專(zhuān)利。從專(zhuān)利類(lèi)型上看，我國LED專(zhuān)利以實(shí)用新型及外觀(guān)設計專(zhuān)利為主，發(fā)明型專(zhuān)利占比較低，其中國內LED實(shí)用型專(zhuān)利占比為59%，外觀(guān)設計專(zhuān)利占比為15%，而LED發(fā)明專(zhuān)利占比僅為26%。

　　3、結束語(yǔ)

　　LED照明是一個(gè)成長(cháng)快速的市場(chǎng)，市場(chǎng)規模迅速攀升，但仍面臨諸多技術(shù)難題等待突破，比如科研人員和LED生產(chǎn)商一直致力于減小LED“光效下降”帶來(lái)的損失，但并未解決導致該現象背后的真正原因。

　　據調研機構ledinside預測，2014年中國LED照明產(chǎn)品出貨量將達13.2億只，比2013年增長(cháng)68%。盡管照明端需求出現持續增長(cháng)，但是中國的LED卻存在核心技術(shù)缺乏以及整體產(chǎn)能過(guò)剩的狀況。我國LED產(chǎn)業(yè)鏈中的主要設備、儀器，目前大部分靠進(jìn)口。關(guān)鍵原材料、配套件，如熒光粉、藍寶石、有機源、砷烷、磷烷等要依靠進(jìn)口，MOCVD外延設備及部分全自動(dòng)化的芯片和封裝設備也依賴(lài)進(jìn)口，而且價(jià)位高。封裝用的高性能硅膠、環(huán)氧材料等也要依靠進(jìn)口。長(cháng)期下去，使得產(chǎn)品成本過(guò)高，不具競爭力，將制約LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展的全過(guò)程。因此，盡快實(shí)現關(guān)鍵原材料及設備自給是未來(lái)發(fā)展的核心。