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半导体照明登堂入室

http://www.sina.com.cn 2007年11月01日 15:48  新经济导刊

  在半导体照明走进家庭的路上,中国上游芯片和照明材料的技术差距成为制约整个产业链发展的重要一环

  本刊记者 谢靓

  一种新的照明方式正在走近我们的生活,这就是半导体照明。当半导体照明在交通信号灯、电子屏幕、景观装饰照明等领域得到广泛应用后,如今它已经吹响了进军普通照明市场的号角。

  在今年8月末于上海召开的中国国际半导体照明论坛暨展览会上,香港华刚光电集团有限公司总经理施毓灿对这种趋势做出了如此总结:“2007年,半导体照明行业有一个明显转变,就是从特殊应用领域向民用照明领域扩展。”

  目前,美国GE、荷兰飞利浦、德国欧斯朗三大世界照明生产巨头纷纷与半导体公司合作组建半导体照明公司,抢占产业制高点。美国

能源部研究报告则提出,2010年,美国将有55%的白炽灯和荧光灯被半导体灯替代。有专家认为,到2010年,半导体照明有望超过荧光灯,直接进入占全球电力消耗15%~20%的普通照明领域。

  而在中国科学院半导体研究所所长李晋闽看来,在国内,预计2010年半导体照明行业产值将达到1000亿元以上。中国工程院院士陈良惠算了这样一笔账,“如果2010年半导体照明进入三分之一的照明市场,可节电30%,即年节电1000亿度,这就至少相当于一个三峡工程的发电量。”

  这个前景十分诱人。

  三五年or十年?

  半导体照明如此受到青睐源于它的独特优势:高效、节能、环保、安全、寿命长……

  如果晚上走在南京的一条马路上,细心的你也许会发现,头顶路灯的光仿佛有灵性一般,恰好铺满整条马路,既不会“溢出”马路外,也不留任何光照不到的“阴影”。

  “这就是半导体照明,它不会造成光污染或浪费,一般白炽灯、日光灯是做不到的。” 清华大学集成光电子实验室主任罗毅告诉记者。现在,清华大学已经准备在校园的路灯上采用半导体照明,而今,南方一些城市、珠三角地区的路灯使用的正是这种半导体照明产品。

  若将这样的照明方式用于家居,你可能看不到任何灯具,而只有一个会发光的天花板,可以随着早晨、中午、夜晚的时间变化调节照明光源,使室内的光环境接近月亮、星星、太阳等自然光。调节到“星星”状态时,屋内光线朦胧。“月亮”状态时,室内撒满了清冷的“月”光。“太阳”状态时,室内则跟白昼一模一样。

  这样美妙的设想离我们到底有多远?

  对此,罗毅认为,“未来三五年是一个重要发展时期,半导体照明在普通照明领域会像雨后春笋般冒出来,但是,要像白炽灯一样真正占据市场一席之地,应该需要近十年的时间。”

  半导体照明的“心脏”是它的发光源——发光二级管(LED)。其实LED早已有之,传统的普通红光、蓝绿光LED大多用在显示、交通信号灯、消费类电子产品、景观装饰等领域。而高亮度、大功率的白光LED与传统LED有着本质的不同。可以说,大功率白光LED是点燃进军普通照明市场梦想的关键。

  但这也是目前技术上有待突破的薄弱环节。“目前全球市场上最好的LED芯片在效率上很接近室内照明的标准。但是,要将它做成灯,还有很多方面有待完善。” 罗毅说。

  在清华大学一间办公室里,罗毅向记者展示了一个LED——一个小小的晶体似的东西,尾端伸出两根细细的金属线。

  这个小东西价值不菲。罗毅告诉记者,做一个亮度相当于40瓦的日光灯的半导体照明产品,需要30个最好的LED,而这个成本大约是1000元。而记者了解到,现在在欧洲市场上推出的半导体照明阅读灯,售价接近人民币2000元。当十几元的台灯在市场上俯仰皆是,这样高的价格显然很难被大多数家庭所接受。而不能扩大市场,也就意味着无法降低成本。

  而且,高价格未必是高质量。半导体照明在理论上电光转换效率接近70%,但目前,半导体照明的电光转换率最好还只是达到30%,并没有达到理想中的节能程度,而且,在散热、在光选、驱动等方面也存在技术缺陷。

  在罗毅的描述中,在现有条件下,制造出的白光LED可能存在光线不够柔和、不够均匀的毛病,“也许它比日光灯要刺眼,人们能否接受这种照明效果,还是一个问号。”

  难得的机遇

  不过,尽管在成本 、发光效率、结构设计等方面有待完善,但无论三五年,还是十年,这都只是一个时间表的问题。

  “肯定会越来越省电,越来越好用。”罗毅说。

  李晋闽对此也显得颇有信心,“半导体照明发展速度基本是每18个月发光效率提高50%,成本下降1倍。从美国的半导体照明计划路线图可以知道,在2007年白光LED逐步进入通用照明市场。到2010年部分白光LED将取代荧光灯,进入到包括家居照明的主市场中。我国在半导体照明应用市场方面已经超过美国,相信在2010年会在家居照明中占据较大的市场份额。”

  而半导体照明还有一个让人兴奋的应用方式,即与太阳能结合使用。

  由于LED所需要的电压只有3.5伏左右,与太阳能发电的电压很容易匹配,它与太阳能、风能发出的绿色电力可以“相辅相成”。中国可再生能源学会秘书长孟宪淦提出了一个美好的想法:在有阳光到达的屋子里铺上太阳能电池板,白天吸收太阳能,夜晚将其转化成电能输送给LED,让它发光。这些光同时又照射在太阳能电池板上发电,光生成电,电生成光,光又生成电,就这样生生不息,循环利用。

  在节能减排形势日趋严重的今天,半导体照明产业在我国正面临难得的发展机遇。我国是世界上第一大照明电器生产国和第二大照明电器出口国,而且半导体照明已初步形成从外延片生产、芯片制备、器件封装到集成应用的比较完整的产业链,尤其是封装已在国际市场上占有相当大的份额,无论是市场需求还是产业基础都颇为可观。

  其实,早在几年前,我国就正式实施了“国家半导体照明工程”,并已将厦门、大连、上海、南昌等城市设立为第一批国家半导体照明工程产业化基地。而在国家“十一五”规划中也提出要重点在公用设施及居民住宅中推广高效节电照明系统。

  越来越多的投资者从中嗅到了商机。在本土企业LED产能不断扩大的同时,外商也加大了在中国的投资力度。目前,这条产业链上聚集了几千家企业,有专家预测,随着家居照明市场的扩大,这一数字在未来几年会持续增长。

  产业链缺陷

  值得注意的是,在半导体照明的产业链上,LED外延片生产和LED芯片制备企业约50余家,其余均为封装、产品应用企业,其中具有一定规模的封装企业约600家。大量企业集中于封装、产品应用等产业链中下游,而在产业链上游的芯片和照明材料领域则少有企业涉足,因为这一领域我们跟国际先进水平差距还很明显。罗毅告诉记者,国内好的芯片基本都是从国外进口。

  在李晋闽看来,目前的大量装备需要进口,导致企业投资成本高,影响了产品的制造成本和市场竞争力。在LED高端技术领域培育自主

知识产权是当务之急。现在,我国参与LED研发的科研院所不少(主要包括北大、清华、中科院半导体研究所、物理所),主要依靠政府投资,但从产业及组织管理角度看,面临着研发力量分散、低水平重复建设、企业规模小、上中下游产业配套与联合攻关不够等问题,如何充分整合利用这些现有资源、避免重复投资还有待考量。

  而施毓灿在上述论坛上提出,虽然国内半导体照明企业在应用领域取得了很大进步,但由于缺乏关键的龙头企业,以目前的发展状况,未来3~5年内,国内企业很难成为半导体照明主流应用的关键带动者。单个企业研发投入有限,想获得重大突破比较困难。国内应该建立应用技术研发转化平台。这个平台介于研究机构与企业之间,并直接面对产业发展。这个平台应该吸收研究机构的人员研发企业能够大规模生产的技术和产品,并为企业培养工艺技术人员和相关管理人员。

  据了解,香港应用科技研究院正是基于这种目的成立的产品开发机构,虽然其LED相关团队成立不久,但已经有多款产品转让企业并实现了规模化生产。在如何发挥企业的市场主体作用方面,这是一个值得参考的范例。

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