我国LED产业现状及发展趋势
我国LED产业现状及发展趋势
作为近年来最具有革命性意义的技术发明形成的产业,LED被称为继明火和白炽灯之后的第三次照明革命，有着广阔的发展前景。很多国家和地区相继出台各种政策扶持LED产业的发展，以期该产业能够成为国家重要产业的重要组成部分。
目前，我国半导体LED作为节能、环保的主要技术，已被纳入国家中长期科技发展规划与“十一五”国家“863”高新技术产业化重大项目，并得到了大力支持。
然而，我国目前LED产品开发应用领域依然存在许多不足。我国自主的LED 芯片、外延片产量仍有限，产品以中、低档为主，与国外差距很大。产业化规模偏小,只能满足国内封装企业需求量的20%-30%,大部分高性能的LED和大功率LED产品均要依赖进口。此外，在LED的应用市场方面，也存在着由于产品种类、品种参差不齐问题而引起的制约，尤其是在通用照明领域，由于存在的技术不足，使其无法进行规模化普及应用。因此，推广对LED封装技术的发展力度,提升自身核心技术并实现规模量产是LED产业发展的最关键一步。
一、全球LED产业链的现状与分析
LED产业链组成分为上游芯片、中游封装、下游灯具三个部分。全球LED产业主要分布在日本、中国大陆、中国XX地区、欧美及韩国等国家和地区。其中，日本最大，XX次之。2008年日本LED产值达48.7亿美元，占据全球LED产值的30％左右，预计2009-2010年间日本LED产值的年均增长约为6％，至2009年日本LED产值约达52亿美元。欧美地区的LED产值2008年约为34亿美元，预计2009约增长8％，达37亿美元。2009-2010年产值会维持在44亿美元左右。
1、各国政策比较结论
1.1各国和地区LED产业政策都以国家项目的名义组织和实施；
1.2高技术产业和节能减排等与政府目标结合;
1.3根据各自的产业基础确定研发重点方向；
1.4技术共享平台模式被普遍采用；
1.5投资、培养人才，协力标准制定和促进市场扩容是主要政策关节点。
2、区域竞争格局
美国和日本企业利用其在新产品和新技术领域中的创新优势，主要从事高附加价值产品的生产；欧洲企业则利用其在应用技术领域的开发和善于吸收最新技术的转换优势，主要从事高附加价值产品生产。我国大陆和XX地区LED产业近年来迅速崛起，其封装产量占据世界第一，产值位居全球第二。
欧美及日本对前段荧光粉专利授权日趋软化，转向注重后段封装专利。近几年欧洲的蓝光芯片产能逐年减少，2006年年均衰退14％，美日两国2006年年均增速虽然达10％左右，但仍低于全球的平均增长率12.9％，亚洲国家将可直接受惠；2003年开始，XX地区在蓝光芯片扩产能力上高于其他国家和地区，且在制造技术上优于中国大陆及韩国，国际大厂开出的订单大部分流入XX。
3、中国LED产业现状
2008年，我国LED产业市场达到80亿美元，平均每年增长20%-30%。随着LED应用X围的增加，这一资料有不断增加的趋势。预估到2010年，整个中国市场LED产业产值将超过1500亿元。
3.1LED外延片、芯片行业现状
目前，我国从事LED外延及芯片研发生产的公司约有50家左右，70％左右的公司是在1999年后成立的，规模普遍较小。2003年后，随着国内对LED芯片需求的迅速提高，产能增加比较快。近几年来，海外华人专家的归国创业大大提高了我国LED外延及芯片的产业化能力和产品品质。虽然在外延和芯片研究与开发方面取得了一定成果，但一些关键的技术问题尚未解决：产业链处于低端，上游产业国内规模偏小，其芯片可靠性不能得到保障；主要设备依靠进口，对外依赖性强，配套基础产业薄弱；研发和产业存在脱节，不能很好地形成竞争合力。
在LED产业链中，由于芯片跟外延晶片(外延片)对技术要求极高，目前我国可以批量生产的芯片以及外延片企业只有10来家，其中可以生产外延片的大概占到一半。由于外延片技术要求很高，中国市场很多的芯片厂商基本上到国外以及XX购买外延片然后加工成芯片，但是由于根本材质的区别和上游龙头企业核心技术的专利垄断，目前我国市场的芯片厂商生产的芯片品质与国外相比，至少有5年以上的差距，尤其亮度、光效等核心参数。另一方面，国际上游企业在迅速发展，当地政府和企业均把精力和资金都投入在其LED产业链中具有核心技术
及竞争力的一方，然后带动其它链同步发展。中国市场的芯片、外延片产量很有限，虽然近两年国家对国内上游企业的投资力度不小，但是技术进度很慢，产量和技术虽略有提高，但也只能满足国内封装企业需求量的5%-10%。
3.2LED封装行业现状
我国市场LED封装已经发展多年，技术上跟国外的差距不再明显，而且产量已经跃居世界首位。目前LED的发展情况是：小功率LED总量所占比重很大，但竞争加剧，利润较前几年有了很大的降低；大功率这两年发展势头强劲，发展速度相当快，技术水平提高明显。2008年中国市场LED封装产品大概达到1020亿只，每年增长率大概为30%-40%,产值达到168亿元。
3.3LED应用行业情况
近两年来，许多做传统灯具及LED小功率的厂家转型，开始转做大功率LED 灯具。其本身基础薄弱，而且在一个技术不成熟的平台下，通过原有的市场渠道和背景，对应用灯具是否具备稳定、成熟、优秀的LED光源核心技术的大前提于不顾。为了自己的短视利益，纷纷扬言自己的技术已经各有特点，甚至在某些方面已经达到世界领先水平……众说纷纭，其实，其实际应用效果收效甚微，初装时效果可以，但是不久后就由于散热、整体热阻、荧光粉等核心问题原因，产生光飘、光衰等现象，衰减甚至超过30％-70％。
LED整体灯具本身并不能保证其使用寿命，加上初期投入费用很高。怎样才能体现LED的节能？这样的结论会影响我国LED整个产业健康、有序的发展，如果照此以往，将严重地违背我国科学发展观的中心思想，导致我国LED照明整个行业目前的无序性与混乱性。
因此，LED目前还停留在主要应用于手机、交通信号、显示屏、景观装饰、特种照明以及汽车等功能性要求不高的应用市场。暂时还未能真正地大规模进入通用照明市场。
二、LED照明产业发展趋势与分析
1、大功率的高亮LED增势迅猛，逐渐成为主流产品
2008年，全球LED市场规模达到80亿美元，所占整个LED产品的市场比例由2001年的40％增长到2005年的70％以上，其中高亮度LED在1995-2004年
间的年均增长率达到46％。美国市场研究公司municationsIndustryResearchers（CIR）预测，全球LED的市场规模年均增长率超过30％，2009年市场规模将超过100亿美元。
1998年起手机开始使用高亮度LED作为手机按键背光源(Keypad)，带动全球高亮度LED市场呈现第一波成长高峰；2000～2001年受到全球经济增长迟缓的影响，加上XXLED厂商大幅扩充产能，导致市场供需失调，全球高亮度LED
市场规模呈现小幅衰退；2002年起手机开始大量采用蓝光LED作为手机面板背光源(side-view)，使得高亮度LED市场呈现第二波成长高峰。近年来，随着LED 在照明、小尺寸面板背光源以及室内照明等新应用领域逐渐扩展，高亮度LED
过去数年一直处于高速增长阶段，在LED中的比重将逐步加大，已成为LED主流产品。
2、通用照明实现技术突破，照明升级工程产业机会巨大
通用照明占照明领域的90％的市场份额。半导体照明作为继白炽灯、荧光灯、节能灯后，具有革命性意义的第四代新型高效固体光源，具有寿命长、节能、绿色环保等显著优点。但目前LED的应用领域主要在特种照明，目前美国、日、韩、欧洲、中国及XX在LED科技攻关方面都已启动专项国家规划，如果用于通用照明的技术一旦成熟，将面临一个对500亿美元照明市场份额的重新瓜分，因此照明升级工程产业机会巨大。
3、中国LED照明产业应该向封装高档产品和光源产品升级方向努力
在LED领域，主要有三个环节，即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。
3.1必要性
目前我国的产业优势主要在封装，从封装产值区域分布来看，我国在2008年封装产值约25亿美元，已经超越日本、XX成为全球最大的封装地区，并具备市场与技术核心竞争能力。但是政府对此的重视却不多，如果XX和日本等国家地区从经济危机中缓解或走出，随时可能会形成日本独大、XX地区与美国齐进、欧韩中“平分秋色”的分布格局，我们将再一次失去主导权和先机。因此我们应在已有的产业优势上升级,向封装的高档产品努力，同时在通用照明技术方向上
多下功夫，突破LED产业的技术专利壁垒，培育新兴市场的竞争优势。
3.2目的性
(1)目前国家对于整个LED产业链的重点工作放在上游外延、芯片及下游灯具应用方面。上游投资资金很大，但收效甚微，反而与国际上游龙头的差距越来越大。下游产品又因为产品质量问题，参差不齐，难以保证稳定的长寿命使用效果。这样会造成使用者对我国LED产品产生怀疑并多持保守和负面的态度。
(2)目前整个行业内尚未有一个关于LED光源的标准。如果我们先进的LED 光源企业和单位，尤其是具有核心技术先进性的大功率LED光源企业和单位，在政府的支持和推动下，组织科研人员，对此进行全新的技术标准的设计与制定，坚持科学实践和创新发展的基本原则，将会在全球LED行业至少是中上游这一块取得实质性的突破。如果能在国际上参与和指导最后国际标准的制定，将会是中国科学技术力量继航天科学技术之后又一次的科学创举，从而直接使我国在LED 行业的国际影响力得到根本认识的改观，达到一个新的高度。
三、大功率LED光源的核心技术与优势
LED一般上来说是由外延片、芯片、光源、灯具四个环节组成，在LED产业中下游应用上关键点是怎么解决热阻和结温等问题的前提条件下，保持芯片稳定的有效光输出。
一直以来，LED光源在一般照明应用中存在着光源的高导热金属材质问题、应用的热平衡问题、长效荧光粉问题和配光问题等四个核心技术瓶颈：核心技术1：高导热金属材质
目前上游企业，比如CREE已经做到的芯片光效可以达到130-150lm/W。但是LED结温高低直接影响到LED出光效率、器件寿命、可靠性、发射波长等。保持LED结温在允许的X围内，是大功率LED芯片制备、器件封装和器件应用等每个环节都必须重点研究的关键因素，尤其是LED器件封装和器件应用设计必须着重解决的核心问题。
现在主流的应用技术材质是用铝基板来封装，但是铝基板封装的芯片散热和光转换效率都存在技术核心瓶颈，不能有效地控制结温和稳定地维持高功率的光输出，并且应用会因为芯片光效越高，所需的铝基板面积就越大，会加大成本和应用体积，极为不便。所以如何走出此误区另辟新路是新的技术核心特点。
核心技术2：热平衡技术
LED器件采用专利热平衡散热结构关键技术，在保持低成本和被动散热方式的前提下，利用高导热介质，通过崭新的器件/灯具整体结构，成功降低热阻，有效降低PN结结温，使PN结工作在允许工作温度内，保持最大量光子输出。其特点入下：
(1)超低热阻材料，快速散热整体结构技术；
(2)高导热、抗UV封装技术；
(3)应用低环境应力结构技术；
(4)整体热阻＜20K/W，结温＜80度；
(5)LED光源照明模组工作温度控制在65℃以下。
核心技术3：高效荧光粉的应用
目前市场上所常用的白光LED发光荧光粉应用技术是将GaN芯片和钇铝石榴石（YAG）封装在一起做成，该技术是日本日亚化工在上世纪90年代末发明，并形成专利技术垄断。GaN芯片发蓝光（λp=465nm，Wd=30nm），高温烧结制成的含Ce3+的YAG荧光粉，受此蓝光激发后发出黄色光发射，峰值550nm。蓝光LED 基片安装在碗形反射腔中，覆盖以混有YAG的树脂薄层，约200-500nm。LED基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收，另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合，可以得到白光。理论上对于InGaN/YAG白色LED，通过改变YAG荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度，可以获得色温3500-10000K的各色白光。但是这种传统的白光LED工艺基础上采用的还是蓝光LED，所以当色温偏高时，色彩会向蓝色偏移，而产生色飘，形成一定的光污染。必须采用在降低光效、降低整体热阻的情况下，方可实现相对的稳定，但是衰减情况还是不容乐观。
目前已商品化的第一种产品为蓝光单晶片加上YAG黄色荧光粉，其最好的发光效率约为35流明/瓦，YAG多为日本日亚公司的进口，价格在2000元/公斤；第二种是日本住友电工开发的以ZnSe为材料的白光LED，不过发光效率较差。
核心技术4：LED一次配光学的应用
目前全球LED行业内的主流做法是在封装LED芯片形成光源或光源模组以后，在做成灯具的时候再进行配光，这样采用的是原有传统光源的做法，因为传统光源是360°发光。如果要把光导到应用端，目前飞利浦的传统灯具做到最好
的一款，光损失也达到40％。而我们国内众多的LED下游厂家应用的灯具光学参数其实都是芯片或者光源的光学参数，而不是整体灯具的的光学指标参数。
现在最先进的科学方法是在芯片封装上就做配光，一次把芯片的光导出来，维持最大的光输出，这样光损率只有5％－10％。随着技术的不断改进，光损率将会越来越低，光源的光效会越来越高。同样配有这样的光源灯具无需再做配光，相对的灯具效率将会大大提高，使之更为广泛地使用到功能性照明之中，形成相当规模的市场渠道。
四、政策建议
1、LED照明产业作为有重大应用价值的高科技产业之一，早就引起政府有关部门的高度重视。为保证我国在该领域与国际同步发展，2003年6月份，国家科技部正式启动“国家半导体照明工程”，据不完全统计，国家半导体照明工程目前已累计投入研发引导资金3.5亿；“十五”期间产业总体投资已超过10亿元，拉动社会投资超过30个亿，但政策目标衔接、政策支持和市场动员方面还不够完善，我们可以借鉴欧盟在“彩虹计划”后启动大功率LED绿色光源计划的做法，在2009-2020的12年时间里，投入50-100亿元(仅相当于三峡工程投资的5%),在市场应用和通用照明领域下大力气，形成关键技术和自主知识产权,力争使大功率LED绿色光源灯达到每瓦200流明，成本降到每千流明15元，建立大功率LED绿色光源产业，全面进入通用照明市场，占领40%以上的市场份额。同时与国家节能减排目标相衔接，打造一个照明节电三峡工程。
2、加大、加速产业扶持资金落实力度。但高科技产业专项一直没有启动。高科技产业竞争是国家级的综合实力竞争，政府不应该在经济支持上缺位，希望有关部门加大、加速产业扶持资金落实力度。
3、启动政府采购专项，以国内市场打造产业竞争优势。当前产业结构调整，转变经济增长方式的核心焦点在于节能减排，4月27日，温家宝总理亲自担任节能减排领导小组组长，绿色照明被列入十大节能重大工程之一，“十一五”期间我国政府计划安装5000万盏节能灯，如果其中一半采购LED灯，能使LED照明产业初具规模，形成一定的产业竞争优势，同时彻底解决行业内汞污染日益严重现象和我国照明电器出口遇到的环保壁垒，但由于LED照明技术发展很快，产品尚无国家标准，目前列入政府采购目录有一定难度。如何协调现行管理体制，
促进产业发展，韩国经验值得借鉴。在高科技产业发展初期，“创新服务与产品”需要试验场，韩国一般都是首先将国内市场作为高科技产业发展和进入国际市场的推动力，韩国LED产业能在短短的两三年之内崛起，其内销市场的贡献度相当大，特别是韩国手机厂商对LED产业的带动作用功不可没。韩国是全球第三大手机生产国，其手机背光源的需求不仅带动了本国LED产业发展，同时也促成了中国XX地区LED产业的兴旺，促进了国产LED照明产业的成长。
4、同时启动LED标准制定，国际标准对接工作；协助企业进行跨国专利申请、申报。标准是从源头控制能耗的技术措施和政策手段，目前道路照明LED
技术已趋成熟，产品已经进入了实验和推广阶段，但由于这项技术发展很快，还没有相应的标准出台。按照我国现行管理体制，企业产品鉴定和技术标准确定流程一般要经过两年的时间，这样不利于企业成熟技术和产品形成产业化。建议作为各项节能保障措施的重要内容，标准化工作必须围绕重点领域和重点工程进行，采取特事特办，对成熟、适宜推广的LED技术和产品尽快进行鉴定，确定技术标准，并且开展国际标准对接工作。对LED照明产业发展战略进行国家层面统筹。目前企业对专利、技术保护方面还缺乏足够的认识和控制能力，核心技术采取“捂”策略，一旦国外技术突破，或Know-How泄密，后果将不堪设想，建议国家成立知识产权服务组织，为企业发展保驾护航，出谋划策。
为高科技产业发展落实配套环境，可以参照国家对发展集成电路和软件行业所制定的相关政策，针对光电子产业发展的特点和趋势，制定类似的扶持和鼓励政策，在软环境方面下功夫。首先要营造有利的金融环境，使各种资金能够迅速地进入核心的LED照明产业。其次，在海关、工商、税务等方面建立便捷、快速、低成本的“绿色通道”。第三，协调校、院、所、厂的关系，使教学、研究、生产、市场等环节有机结合并最大限度地开发各种资源，以提高整个产业的综合竞争能力。