LED照明市场爆发中的节能技术瓶颈分析

随着人们环保意识的日益增强，LED作为新一代照明技术，成为全社会关注的焦点。在价格不断下跌，以及发光效率与寿命不断提升的双重因素推动下，加上具备省电、节能以及环保的优势，LED照明迎来了市场爆发的时点。然而，技术的自主研发是我国产业长期存在的劣势，在研判市场趋势的同时，分析LED照明产品生产中关键设备和重要材料尚存的诸多技术瓶颈，对产业发展具有很好的参考意义。

1、替换潮大幕开启

权威数据预测，到2020年全球照明市场规模将超过1500亿美元，较2010年的1340亿美元增长11.9%。虽然整体规模增长不大，但是照明产品结构会发生明显变化。其中，LED照明市场份额将由2010年的50亿美元左右增加到750亿美元，即10年将扩张15倍。2014年，机构预测表示，预计全球LED照明产品出货量将增长68%，产值达178亿美元。另据台湾拓扑产业研究所的数据，目前全球LED照明的渗透率仅为10%，到2015年或最迟2020年，渗透率将达到50%，也就是说，未来几年间，LED照明器件将大量替换传统照明装置。图1所示为近几年全球LED照明市场的渗透率趋势。

从2014年起，欧美国家开始逐步淘汰民用市场用量最大的40～60W白炽灯泡，为LED照明产品的普及提供了有利的契机。这也将刺激全球LED照明厂商加快布局LED照明的步伐，进一步推升全球LED照明渗透率。美国政府对于LED照明的扶持力度正在逐渐加大，能源之星等灯具补贴数量增长迅速，促使LED灯具价格进一步降低。CREE等厂商纷纷看好2014年LED照明市场发展，并预期替换性灯具的销量增长将成为接下来的业务增长重点。在市场相对成熟的欧洲，虽然并未见到大规模的补贴政策，但是其高昂的电价以及光文化的差异，使得商用照明与户外建筑情境照明应用持续存在需求。而未来几年随着白炽灯泡全面禁止政策的影响发酵，预估市场将继续呈现稳定增长态势。

作为LED领域的产业强国，日本在推动世界LED产业发展的过程中也发挥了十分重要的作用。早在十多年前，日本已开始实施推动半导体照明技术发展及产业化的“21世纪光计划”，是世界上最早启动扶持LED产业政策的国家之一。近年来，在日本政府的大力扶持下，LED照明产业成长迅速。同时日本国内节能意识高涨，尤其之前发生东日本大地震后，政府更提出“低碳素社会”(节能减碳)的目标。其中LED照明产品飞速普及，成为节能产品代表。

此外，在LED新兴市场如巴西、印度、越南、俄罗斯等国家和地区，也相继出台了各种规划和草案，扶持LED照明产业的发展。这些地区对于LED照明产品的需求呈明显上升趋势，LED照明市场正在快速增长，尤其是在LED公共照明和商用照明市场表现更为明显。

多种数据表明，未来1～3年内LED照明将完成从15%～60%的渗透，大量的LED照明市场需求将被释放出来。有力的扶持政策将直接带动LED照明市场的快速成长。

2、技术瓶颈亟待突破

LED发光效率虽然不断提升，但仍存在电光转换效率低、散热性能差、暖白光LED照明的显色指数和色温控制较难等亟待解决的问题，这些都已成为现阶段制约LED照明行业发展的瓶颈。

LED产业链下游的产出要以上游材料为基础，但因材料本身的显示度不明显，人们对材料的关注很容易被弱化，造成对基础材料研究重视不够，以致虽有投入但支持力度不够，难以吸引相关人才，导致材料成为发展瓶颈。目前LED产业仍是以50mm(2吋)或100mm(4吋)的蓝宝石基板为基础，若能利用大直径的硅基板氮化镓(GaN-on-Si)技术，便有可能充分发挥现有硅晶生态系统的完备技术与规模经济效益，达到降低整体LED成本的目标。若比较现行150mm(6吋)蓝宝石基板和运用AZZURRO专利GaN-on-Si技术的150mm(6吋)晶圆，可达到超过75%原料的成本节省。虽然GaN-on-Si具显著的成本优势，但由于技术上的难度，因此一直未能在LED业界广泛应用。问题主要是由于硅基板和GaN的热膨胀系数不同，在制程中会因为两种材质间的晶格错位而产生应力，进而形成曲度(bow)和薄膜厚度不均的问题。曲度和薄膜厚度不均不仅会在后段加工时可能产生破裂，同时也会造成同一片晶圆上制作出的LED具不同的峰值波长(peakwavelength)，增加了日后分选(binning)的困扰。根据AZZURRO于2011年第2季完成的150mm(6吋)GaN-on-Si晶圆来看，已可达到平均厚度6.1m、标准偏差0.062m，以及平均峰值波长451.9nm、标准偏差2.1nm的水平。研制设备是LED照明器件发展的另一个基础保障。MOCVD系统是LED外延片、微波功率的异质结构材料生产的必需设备，随着化合物半导体器件市场的不断扩大，MOCVD系统的需求量不断增长，而我国几乎全部依赖进口。国际上主要的MOCVD设备供应商有德国AIXTRON公司和美国VEECO公司，这两家公司对单台MOCVD设备的报价高达2000万元人民币，即便如此，MOCVD系统这样的关键设备，如果涉及国防科技，即使依靠进口也难以获得最优性能。

LED封装技术的发展，始终围绕提升散热效率以及缩减终端使用成本这样的主题。新封装材料的使用、新封装规格的形成、新封装工艺的出现，均是为了在保证质量水平的前提下，降低单位流明成本。从全球市场来看，中国LED封装厂商份额提升面临的主要挑战仍然是技术。2013年，行业出现EMC支架封装、FlipChip以及晶圆级封装（CSP）等新兴技术。

如今，知识产权已成为LED企业竞争的战略性武器。先进入市场的LED企业为确保先发优势积极布局专利网，将知识产权作为战略性武器以保持领先优势，阻击后发企业进入LED市场。因此，LED照明市场的发展还面临知识产权危机。近10年来，半导体照明市场快速增长，LED知识产权成为国际半导体照明产业竞争的焦点。纵观全球LED知识产权格局，产业的核心专利仍由日本的日亚化学公司、丰田合成公司、美国科锐公司、飞利浦流明公司及德国的欧司朗公司等5大厂商主导。虽然近些年我国大陆地区LED专利申请数量大幅增长，但我国在全球LED知识产权格局中的地位并没有因此得到根本改善。我国LED专利主要集中于中下游领域，中游封装、下游应用环节的专利占申请总量的64%。在关系到产业长远发展的关键技术环节，仍缺乏核心专利。从专利类型上看，我国LED专利以实用新型及外观设计专利为主，发明型专利占比较低，其中国内LED实用型专利占比为59%，外观设计专利占比为15%，而LED发明专利占比仅为26%。

3、结束语

LED照明是一个成长快速的市场，市场规模迅速攀升，但仍面临诸多技术难题等待突破，比如科研人员和LED生产商一直致力于减小LED“光效下降”带来的损失，但并未解决导致该现象背后的真正原因。

据调研预测，2014年中国LED照明产品出货量将达13.2亿只，比2013年增长68%。尽管照明端需求出现持续增长，但是中国的LED却存在核心技术缺乏以及整体产能过剩的状况。我国LED产业链中的主要设备、仪器，目前大部分靠进口。关键原材料、配套件，如荧光粉、蓝宝石、有机源、砷烷、磷烷等要依靠进口，MOCVD外延设备及部分全自动化的芯片和封装设备也依赖进口，而且价位高。封装用的高性能硅胶、环氧材料等也要依靠进口。长期下去，使得产品成本过高，不具竞争力，将制约LED产业发展的全过程。因此，尽快实现关键原材料及设备自给是未来发展的核心。

来源:慧聪电子网

（编辑：和讯网站）

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