各国半导体照明研究计划及我国的对策.docx
《各国半导体照明研究计划及我国的对策.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《各国半导体照明研究计划及我国的对策.docx（27页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
各国半导体照明研究计划及我国的对策
各国半导体照明研究计划及我国的对策
作者:
黄可，刘清2008年第六期
摘 要：
本文重点介绍了半导体照明技术发展较为领先的国家和地区的研究计划及进展情况，并对我国半导体照明技术和产业现状进行了分析，同时结合自身的发展环境与条件，提出了未来我国半导体照明发展的对策。
关键词：
半导体照明；固态照明；研究计划；对策
中图分类号：
0472、3 文献标识码：
A
1引言
近年来，世界各国都十分关注与人类生存密切相关的能源和环境问题，2007中国科协年会也以“节能环保，和谐发展”作为主题，提出了今后科技发展的建议。
而半导体照明因其可靠性高、功耗低、寿命长、污染少、抗震能力强等优点被世界公认为节能环保的重要途径之一，美国、日本、欧盟、韩国等国家和地区都已制定并实施各自的半导体照明计划，力争抢占这一技术的制高点。
我国也于2003年开始启动了“半导体照明工程”，逐步建设半导体照明工程产业化基地，取得了一定成效，但离这些发展较好的国家和地区还有一定差距。
半导体照明是全新的照明技术，属于固态照明的一种（另一种是固体发光材料照明，目前进展较慢），它利用半导体芯片作为发光材料，直接将电能转换为光能，发光二极管（LED）是半导体照明的核 心。
与白炽灯的钨丝发光和荧光灯的三基色荧光粉发光不同，发光二极管采用电场常温低电压发光，不仅光电转换效率较高，而且减少了有害物质对环境的污染。
半导体照明主要应用于特种照明和普通照明领域，而在普通照明领域的应用节能效果非常明显。
同样亮度下，半导体照明灯耗电仅为普通白炽灯的1／10、荧光灯的1／2，而寿命却可能是荧光灯的10倍，白炽灯的100倍，并且照明成本最终将会低于白炽灯和荧光灯。
因此，无论从节约电能还是从减少环境污染的角度，发光二极管作为新型照明光源都有替代传统照明光源的潜力，半导体照明将会是人类照明领域的又一次革命。
当前半导体照明产业已显示出良好的发展前景。
据统计，2006年全球半导体照明市场销售额超过70亿美元，年均增长率超过20％，预计未来5—10年将形成500亿—1000亿美元的潜在市场。
强大的市场需求将促使半导体照明行业迅速发展，我国应抓住这个机遇努力进行技术创新，以适应市场、经济和社会的发展需求。
2各国半导体照明研究计划及进展情况
2．1日本的"21世纪照明计划”
日本率先开始实施半导体照明计划。
早在1998年，由通产省资助、新能源产业技术综合开发机构（NEDO）和金属研究开发中心（JRCM）负责执行的"21世纪照明计划”正式启动，参与机构包括4所大学、13家公司和1个协会。
整个计划的财政预算为60亿日元，1998—2002年是投入50亿日元的第一期目标。
该计划关注的核心在于高质量材料的生长、高功率管芯的制备和高效率白光荧光粉的获得等，开展研究的项目包括氮化镓基化合物半导体发光机理的基础研究、改进用于紫外发光二极管外延生长的方法、研究用于同质外延生长的大面积衬底、开发由紫外发光二极管激励产生白光的荧光粉，并生产出使用白光发光二极管照明的光源。
日本已完成该计划的第一期目标，目前正实施第二期计划，目标是到2010年，发光二极管的发光效率达到120流明／瓦（lm／W）。
2．2美国的“下一代照明计划”
作为美国半导体照明的主要推进部门，美国能源部制定了一系列计划和政策支持半导体照明技术与产业的发展。
他们于2000年开始启动国家半导体照明研究计划，即“下一代照明计划”（NGLl），总共将投资5亿美元支持计划的实施。
该计划已被列入美国“能源法案”，由国防高级研究计划局（DARPA）和光电产业发展协会（OIDA）负责执行，共有13个国家重点实验室、公司和大学参加。
重点研究方向是：
发光二极管成本的降低和转换效率的提升、氮化镓（GaN）材料的固体物理学问题、金属有机化学气相沉积（MOCVD）相关工艺、低缺陷密度衬底和器件结构的优化等。
随后，由美国能源部负责制定了《固态照明研究与发展计划》，该计划为半导体照明确定了无机发光二极管和有机发光二极管（OLED）两个方向，已进行了多次修订。
计划关于半导体照明发展的战略措施包括基础研究、核心技术研究、产品开发、商业化支持、标准开发以及产业合作等方面。
其中基础研究都是美国能源部承担的任务所需要的项目，主要涉及物理、化学和材料等领域的基础问题。
核心技术研究主要由学术机构、国家实验室和科研院所负责，侧重于技术的应用研究，特别要求满足器件性能和成本目标。
产品开发主要是由企业负责，他们系统地利用已研究的基础或应用知识，开发或改进商用原材料、器件或光源，开发活动围绕市场应用所关注的产品价格、质量和性能参数进行。
最近一次修订的计划已经将技术发展的时间表更新为：
到2010年、2012年和2015年，无机发光二极管的发光效率目标分别达到129流明／瓦、151流明／瓦和184流明／瓦，有机发光二极管的发光效率目标分别达到65流明／瓦、100流明／瓦和189流明／瓦。
美国能源部还于2007年4月发布了《固态照明商业化支持五年计划》草案，它为产品的商业化活动也提供了一个基本框架，其目的是加速半导体照明的商业化进程，最大限度地节约能源。
战略措施包括：
“能源之星”计划、“明日照明”设计竞赛、商用产品检验计划、技术信息的开发与传播、标准和测试程序的开发等。
商业化支持计划的目标是：
提升高效发光二极管光源的制造水平，到2012年，美国市场能够推出的商用暖白发光二极管照明光源至少达到105流明／瓦的发光效率，对于商用冷白发光二极管照明光源至少达到135流明／瓦的发光效率；加快基于半导体照明技术的照明光源市场开发，到2012年满足“能源之星”要求的光源每年能够销售500万只；逐步推广应用半导体照明光源，到2012年实现每年至少节约电能19太瓦时（TWh）。
2．3欧盟的半导体照明计划
欧盟于2000年7月实施了“彩虹计划”，以推广白光发光二极管的应用。
该计划由欧盟设立的执行研究总署（ECCR）负责组织，委托6个大公司、2所大学执行，研究内容之一是发展氮化镓基照明光源，“彩虹计划”于2003年7月结束，该计划推动了欧洲高亮度户外照明市场的增长。
2004年10月，欧盟正式启动了“用于信息通讯技术与照明设备。
的高亮度有机发光二极管”项目（OLLA），该项目的经费大约为2000万欧元，由欧盟第六框架计划（FP6）中的信息社会计划（IST）提供。
项目由来自8个欧盟成员国的6所大学、8个研究所和10个公司共同完成，将会持续到2008年7月，目标是使有机发光二极管的效率最终达到50流明／瓦。
该项目对美国的“下一代照明计划”和日本的“21世纪照明计划”都是一个补充。
2．4其他国家和地区的半导体照明计划
2000年，韩国政府制定了“氮化镓半导体开发计划”，并成立光产业振兴会（KAPID）负责计划的组织与实施，其中涉及半导体照明的研究项目包括以氮化镓为材料的白光发光二极管等。
韩国的“固态照明计划”已得到政府批准，2004—2008年政府投入1亿美元，企业提供30％的配套资金，该计划的目标是2008年发光效率达到80流明／瓦。
英国商业、企业和改革部（DBERR）（原贸易工
业部）于2007年7月启动了“用于有效照明解决方案的新型发光二极管”计划（NoveLELS），目标是开发新型氮化镓芯片技术，将发光二极管光源商业化。
该计划获得英国商业、企业和改革部330万英磅的资助，而英国政府及技术战略委员会为其提供超过170万英磅的资助。
我国台湾地区也在组织实施“新世纪照明光源开发计划”，研究内容主要分为外延生长和芯片加工、封装及应用产品的可行性评价、信息平台和测试平台建设。
一些光电企业经过多年研发投入和产业发展，在器件工艺和封装以及材料外延方面已拥有若干自主知识产权。
3我国半导体照明技术和产业现状分析
发光二极管在我国的研发起步较早，我国自主研制的第一只发光二极管，比世界第一只仅仅晚几个月。
近年来，在国家863计划和自然科学基金的支持下，北京大学、清华大学、南昌大学、山东大学、中国科学院等高等院校和科研机构在半导体照明领域进行了许多前沿研究。
2003年，科技部开始实施“国家半导体照明工程”，首批50个项目于2004年7月正式启动，计划到2012年半导体照明灯取代荧光灯。
《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》将研究开发高效节能、长寿命的半导体照明产品作为工业节能的优先主题。
2006年，“半导体照明工程”被列为国家863计划重大项目，研究方向主要有氮化镓基衬底和外延材料的制备工艺、白光发光二极管光源制造技术和功率型发光二极管相关技术等。
教育部也有部分研究基金支持部分大学的发光二极管研究课题。
国家发改委计划“十一五”期间安排100亿元资金用于发展我国半导体照明产业，以保证我国在该领域与国际同步发展。
目前我国已在大连、上海、南昌、厦门和深圳5个城市启动国家半导体照明产业化基地建设。
我国的半导体照明技术创新已取得了一些进展。
在功率型发光二极管芯片关键技术方面取得了突破，改变了以往芯片全部依赖进口的不利局面。
北京大学在功率型发光二极管芯片如何提高量子效率等方面获得成功，他们利用自主研制出的各种结构的外延片制备了发光二极管芯片。
山东大学在大直径碳化硅单晶研究方面取得突破性进展，它是制作高功率氮化镓基发光二极管的理想衬底材料。
我国的功率型白光封装取得了较大进展，发光效率基本达到国际产业化水平，并出现了一些新的封装形式例如中国科学院半导体研究所的氮化镓基倒装结构功率型白光发光二极管，白光的最高发光效率为50流明／瓦。
我国在半导体照明应用产品的系统技术集成开发方面也有了不小的进步，新开发的应用产品实现批量生产并有部分产品出口。
我国半导体照明已经具备了一定的产业化基础，当前正进入快速发展期。
截至2006年，国内从事发光二极管的企业数量超过2000家，其中外延、芯片的研发和生产单位有30多家。
封装企业约600家，其中有一定规模的封装企业约100多家，许多风险投资和社会资本已开始积极介入该产业。
2001—2006年我国发光二极管市场年平均增长近50％，其中发光二极管2006年器件封装产值达146亿元。
目前我国已经初步形成从外延片生产、芯片制备、器件封装集成和应用较为完整的产业链，预计2010年我国半导体照明及相关产业产值将达到1000亿元。
但是，我国的半导体照明在国际产业链中仍处于中下游，大部分只是做技术含量不是很高的封装工艺，而中上游领域发展的时间不长，对于核心部件芯片技术多数仍需依赖进口。
无论是材料、设备、芯片还是封装技术、应用技术都尚未实现真正意义上的突破。
产业虽具有一定规模，但仍需进一步提高。
产品的推广力度不够，多数应用还是在特种照明领域，层次主要停留在中低档上，在国际市场上占有的份额还比较低。
4未来我国半导体照明技术和产业发展的对策
（1）政府发挥主导作用，从宏观层面进行统筹规划。
由于半导体照明技术开发和生产涉及多个学科、多个行业和多个部门，需要相关领域和机构的人员共同努力才能完成，因此政府在其中要发挥主导作用。
加强宏观管理和统筹规划，协调各方的利益关系，加大对半导体照明研发的经费投入，制定各项措施来鼓励研究人员进行半导体照明研发。
构建国家科研条件平台和信息服务平台，建立共享机制，避免重复开发，实现开放环境下的资源优化配置。
（2）提高自主创新能力，推进科技成果产业化。
在半导体照明技术上需要围绕着提高发光效率、延长使用寿命、降低制作成本等内容，从材料外延、芯片制作、器件封装和应用等方面展开研究，加大关键技术的研发力度，重视物理和材料科学的基础研究。
要在技术门槛较高的产业链中上游环节实现规模产业化的技术突破，避免在国际分工中沦入产业链的末端。
加快半导体照明工程产业化基地建设步伐，设立产业化示范工程。
企业应成为示范工程实施和技术创新的主体，要以项目管理的方式开展工作，使研发目标围绕产业化来进行。
建立市场化的运作机制，引导民间资本参与基地建设，推动项目的有效实施和产业化。
（3）支持和鼓励技术应用，扩大产品的市场需求。
日本已采取减免税收措施鼓励采购发光二极管照明产品，他们出台了改善与提高能源使用的促进税法，规定2006—2007年间企业或机构使用发光二极管照明取代白炽灯照明可获得投资额130％的超额折旧，或者是投资额7％的税率减免。
我国也应尽快出台相关政策和措施，以此来缩小半导体照明与传统照明工具之间的采购成本差距，提高企业和公众使用半导体照明的积极性，为进一步降低技术成本创造条件。
同时加大半导体照明的宣传力度，普及相关领域的基础知识，扩大产品的市场需求，逐步推广该技术的应用，从而带动半导体照明产业健康快速发展。
（4）开展知识产权战略研究，重视专利信息的有效利用。
国外半导体照明产业发展较早，专利制度运用相对熟练，目前半导体照明专利几乎由日本和美国垄断，他们不仅申请了大量核心专利，还通过多种形式向境外渗透。
但是就半导体照明技术发展本身来说，由于白光普通照明远没有达到产业化程度，因此仍有很大的技术发展空间。
我们应该以此为契机，专门组织专利的分析研究以寻找突破，在此基础上选择优先发展方向，对可能形成自主知识产权的项目给予特殊经费和政策支持。
提高半导体照明研究型企业申请专利保护的意识，同时还须重视我国在境外的知识产权保护。
（5）加快制定行业和产品标准，促进照明行业规范发展。
我们必须从战略高度重视半导体照明标准化工作，加快研究和制定一些能够密切联系生产实际、实用且有先进性的标准，拒绝未经过良好光学设计、不符合行业标准的产品进入市场。
并且要从市场应用中发现问题，及时对标准进行修订，同时争取参与到国际标准的制定工作中去。
（6）加强国际合作，缩小与国外的技术差距。
积极参与国际间的技术交流与合作，包括定期举办一系列学术会议、展会等，加深了解国外技术发展现状和趋势。
积极与国外企业建立战略伙伴关系，加强与这些企业的合作研究和开发，在国内适当建立相关的合资企业，引进和吸收国外先进技术，努力缩小该技术与国外发展的差距。
增强我国半导体照明产品的国际竞争力，积极开拓国际市场，逐步提高产品占有的国际市场份额。
（7）重视和加强人才队伍建设。
科技创新要以人为本，半导体照明技术的发展需要大量高素质、高技能的人才。
我们要引导高等院校和职业技术学院设置相关专业，培养专门人才，包括目前较为短缺的高级技术工人。
同时制定半导体照明专业人才培训计划，提升国内相关技术和管理人员的专业水平，培养产业发展急需的人才。
建立有效的人才引进机制，设立专项资金鼓励出国人员回国工作或共同创业。
日本6大照明厂商大举进军LED照明市场
字体大小：
大-中-小shenzhenzhaoqi 发表于09-09-2315:
08 阅读（116） 评论（0） 分类：
进入2009年以后，LED灯泡相继上市，欧美日系照明大厂纷纷推出LED照明新品，特别是日本，几个月内，松下、东芝等6大照明巨头纷纷宣布进入LED照明领域，上市LED照明灯泡，这标志着日本大型照明厂商全部推出了LED照明产品。
夏普2009年6月宣布向市场投放价格近原来一半的灯泡式LED灯，已经推出led灯泡的东芝照明随即降低了产品价格，与夏普形成了对抗之势，紧接着8月NEC照明发布产品（9月24日上市），9月三菱电机欧司朗发布产品（9月21日上市），松下发布产品（10月21日上市），同时日立近日也宣布将上市可替代白炽灯安装在E26型灯口使用的LED灯泡。
至此，日本国内的主要照明厂商全部聚齐。
在灯泡式LED灯市场上，厂商间的激烈竞争由此开始。
日本6大照明巨头纷纷进军LED，让日本距离LED照明普及又进了一步。
然而，日系照明企业大举发布LED灯泡，受影响的不仅仅是日本本土，美国、欧洲、东南亚甚至是中国都将受到这一波LED大潮的冲击，再加上CREE、欧司朗、飞利浦、日亚及首尔半导体等传统LED国际巨头的推动及各国政府的大力支持，全球即将迎来一轮LED家用照明普及高潮。
企业推政府拉LED照明将迎普及高潮
为了推动固态照明的发展，日本政府制定了“21世纪照明计划”，并宣布将在2012年停止生产白炽灯泡，预计在明年第一季修正能原法案实施之前，许多公共场所就会开始采用LED照明。
欧美及其它亚洲地区也会开始加速推广使用LED照明灯炮，用以取代传统的白炽灯泡。
欧盟已经在9月1日正式停止生产和进口100瓦以上的白炽灯，同时其他功率白炽灯的生产和销售也将逐步停止，至2012年，欧盟将以节能灯、卤素灯泡和LED灯来代替白炽灯成为欧洲居民的主要照明灯。
同时，欧盟还推出旨在推广LED照明的“彩虹计划”，该计划对相关科研机构进行资金补助。
在这些措施的推动下，欧洲LED照明市场规模将不断扩大。
美国更是重视LED及OLED（有机发光二极管）技术的研发和应用。
早在2000年美国能源部就开始大力推动研发固态照明技术研究，投入了其他国家无法比拟的时间、资金、人力和机构等用于支持LED项目的研发，并取得了巨大成就。
与欧美日相比，中国在推动LED照明产业的发展上一点也不势弱。
09年初，中国科技部推出“十城万盏”半导体照明应用示范城市方案，该计划涵盖北京、上海、深圳、武汉等21个国内发达城市。
“十城万盏”从规模和力度上可以同美国的“固态照明计划”、欧盟的“彩虹计划”和日本的“21世纪照明计划”相提并论。
由于政府的大力支持，LED照明市场迅速扩大。
根据市调机构Citigroup调查，2008年全球LED照明市场规模约4.57亿美元，预计到2015年全球LED照明市场规模，将增长到50亿美元以上。
中国2010年国内LED照明及其相关产业产值也将超过1000亿元。
国“下一代照明计划”
发布日期：
2007-4-2
文章来源：
消费日报
美国能源部提出“下一代照明光源计划”（NGLI）最近获得美国会议员的强有力支持,将其列入了“能源法案”中,并要求国会从新财政年度中,为该计划拨款3000万美元,以后每年再拨款5000万美元。
旨在用固态光源替代传统灯泡的“下一代照明光源计划”,为期长达10年,耗资将为5亿美元。
实施该计划的目的是为了使美国在未来400亿美元的照明光源市场竞争中，领先于日本、欧洲及韩国等竞争者。
计划制订者之一、美国光电子协会负责人伯杰说：
“在很多技术领域，我们已丧失了世界领先地位，但在照明光源工业我们能确保走在别国前面。
”
过去10年来，研究人员已开发出许多新型发光二极管和有机薄膜，这些新型光源有可能成为固态照明光源的基础。
固态照明光源与现有真空管灯泡相比，优点是用途广泛，发光效率高。
专家们认为，此类光源若被广泛采用，能使全球电力消耗下降10％以上，并会减少环境污染，刺激经济增长。
然而，由于固态光源目前遇到一些技术问题难以解决，包括亮度不够大及制造发光材料的成本较高等，致使这种新型光源的应用推广不快。
为了克服这些障碍，两年前隶属于美能源部的桑迪亚国家实验室与惠普公司的研究人员一道，提出将能源部、主要照明光源公司和其他科研机构的研发资源整合在一起；并制定了下一代照明光源计划。
计划出台后，便获得美国一些研究机构的支持。
加州大学材料科学家丹巴斯说，集中力量获得超高效率照明光源，对消费者及环境保护来说，都是件好事。
桑迪亚国家实验室的科学家现已对实施这一计划进行准备，该实验室计划到2003年底，为新光源研究提供600万美元的经费。
摘 要：
文章介绍了美国能源部于2002年开始实施的固体照明（SSL）技术的“下一代照明计划”，同时对美国SSL技术的研发、生产、使用现状及召开学术会议的情况进行了介绍。
关键词：
固体照明；发光二极管；
1、前言
固体照明（SSL）技术的飞速发展已成为全球性的新技术热点之一，引起世界发达国家的密切关注。
这是由于LED在节能和使用寿命方面的巨大潜能，促使该技术走入照明界并在最近的几年里或得了令人瞩目的发展。
笔者最近对美国SSL研究和应用的情况进行了分析，以下将进行介绍。
2、美国能源部的SSL计划
1962年，美国通用电气公司的Holonyak博士发明了世界上第一支发光二极管（LED）。
尽管当时这种发光二极管只能发出红光，但他坚信发光二极管肯定是一种很有前途的新光源，如果能获得红光，也必将有可能获得其他颜色的光，白炽灯最终将会被取代。
Holonyak博士认为，“未来照明及显示领域将是发光二极管的天下”。
在随后的几十年里，美国、日本等工业化国家相继开始研究和应用这项技术。
到了1993年，日本日亚公司发明了高亮度蓝光LED后，SSL技术有了飞速的发展，使得LED替代白炽灯成为可能。
SSL技术被认为是21世纪最有可能进入普通照明领域的一种新型固体冷光源和最具发展前景的高新技术领域之一。
虽然美国是半导体技术强国，并首先发明了LED，但在后来的LED技术研发过程中，特别是白光光源的研制技术却被日本、德国赶超。
因此，2001年7月，在美国“半导体照明技术蓝图”的基础上，美国的两位参议员向参议院递交了一项议案，呼吁由美国能源部启动一项名为“NextGenertionLightingInitiative”（NGLI）的计划，即“下一代照明计划”。
这项计划提案的目标是要联合美国产业界、学术界和国家重点实验室的力量，加速半导体照明技术的发展和应用；实施该计划的目的是为了使美国在未来400亿美元的照明光源市场竞争中继续保持在全世界的领先地位。
计划制定者之一的美国光电子协会负责人伯杰说：
“在很多技术领域，我们已丧失了世界领先地位，但在照明光源工业中我们能够确保走在行业前端。
”
随后，美国能源部、光电子产业发展协会和国家电子制造厂商协会共同制定了美国2020年前的通用照明用半导体SSL技术发展规划，并于2002年对该计划执行过程中所遇到的技术难题和发展目标进行了综合性的论证、修改和提升，确定了其具体的发展性能参数、发展进度、投资成本和工作成本等。
NGLI发展规划从2002年起共分为3个阶段进行，前2个阶段分别为5年，而第3个阶段长达8年。
发光效率的指标定位分别是2002年20Lm/W、2002～2007年75Lm/W、2007～2012年150Lm/W和2012～2020年200Lm/W。
目前，美国能源部已正式启动了固体照明技术研发工程，并为工程相关项目资助了经费。
根据有关法案规定，美国还将在2006~2008财政年度为“下一代照明计划”筹集资金5000万美元，具体的金额将由拨款委员会向美国能源部提供。
按计划时间表执行。
2002~2020年期间，计划累计节约电能760GW，减少2.58亿吨煤炭污染物的排出，少建133座新的电站（每座1000MW），这一举措将累计节约财政开支1150亿美元，形成一个新的年产值超过500亿美元的光源产业，还会带来数以百万计的工作机会。
美国的SSL计划确定了2个研究方向，即无机LED和有机LED（OLED），计划从6个领域来开展研究和实施。
目前，经过专家组深入广泛的讨论研究，对需要实质性研发的重要课题进行了分类，共有30余项，这些课题包括：
长期基础研究和短期工程发展的内容和全过程。
为了保证NGLI计划分阶段顺利进行，美国能源部还制定了一个SSL计划操作组织构架，主要分为两大部分：
（1）核心技术研究，由学术界、国家重点实验室和科研院（所）完成；
（2）产品开发与生产由企业完成。
美国能源部定期召开工作组会议，对项目进行管理和检查，对SSL研发计划进行修改和调整。
2003年11月和2005年2月分别举行了两届工作组会议。
在2005年召开的第二届工作组会上，美国能源部与美国下一代照明行业联盟（NG
升级会员 