中國半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與展望
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滾動的麥浪,盛開的花朵……當(dāng)你沉浸在蛇年春晚逼真夢幻、錯落有致的LED舞臺背景時,你是否知道這背后體現(xiàn)的是我國半導(dǎo)體照明技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展;
當(dāng)我國建成世界上第一座集風(fēng)電、光伏發(fā)電、儲能及智能輸電“四位一體”的新能源示范電站時,你是否了解這正是我國“金太陽示范工程”促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重大成果;
當(dāng)有些科學(xué)家探究科技奧妙卻苦于缺乏“透視”工具時,你是否相信,我國迄今最大的大科學(xué)裝置“上海光源”能幫助他們“照亮”通向微觀世界的科研之路;
……
半導(dǎo)體照明點(diǎn)亮新興產(chǎn)業(yè)
為搶占新興產(chǎn)業(yè)的先機(jī),提高新一代半導(dǎo)體材料與技術(shù)的國際競爭力,從“十五”開始,科技部率先支持半導(dǎo)體照明技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
目前,制約產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵技術(shù)取得突破,產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)研發(fā)與創(chuàng)新能力快速提高,一條從上游外延芯片到中游器件封裝,再到下游集成應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新鏈和具備較強(qiáng)國際市場競爭力的產(chǎn)業(yè)鏈正在形成。我國已成為全球LED封裝和應(yīng)用產(chǎn)品重要的生產(chǎn)和出口基地。
從2008年北京奧運(yùn)會開幕式,到2010年上海世博會,再到近幾年廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)設(shè)施照明, LED(發(fā)光二極管)產(chǎn)品都大放異彩,光芒四射。
難以想象的是,10年前,我國半導(dǎo)體照明上游產(chǎn)業(yè)發(fā)展幾乎是一片空白,下游應(yīng)用剛剛起步,功率型芯片全部依賴進(jìn)口,企業(yè)規(guī)模小、缺乏產(chǎn)業(yè)化技術(shù),整個產(chǎn)業(yè)銷售收入不足百億元。
為搶占新興產(chǎn)業(yè)的先機(jī),提高新一代半導(dǎo)體材料與技術(shù)的國際競爭力,從“十五”開始,科技部率先支持半導(dǎo)體照明技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,并于2003年6月牽頭成立了國家半導(dǎo)體照明工程協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組,緊急啟動“國家半導(dǎo)體照明工程”,成立國家半導(dǎo)體照明工程研發(fā)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟(CSA)。
近十年來,我國半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)從無到有,逐步發(fā)展壯大??v觀該產(chǎn)業(yè)發(fā)展,不妨看一組對比數(shù)字:2003年,我國半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)規(guī)模是90億元,到2012年已達(dá)到近2000億元,年均增長超過35%。
目前,制約產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵技術(shù)陸續(xù)取得突破,產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)研發(fā)與創(chuàng)新能力快速提高,一條從上游外延芯片到中游器件封裝,再到下游集成應(yīng)用的較為完整的技術(shù)創(chuàng)新鏈和具備較強(qiáng)國際市場競爭力的產(chǎn)業(yè)鏈正在形成。我國已成為全球LED封裝和應(yīng)用產(chǎn)品重要的生產(chǎn)和出口基地。
在技術(shù)研究方面,除了在深紫外LED制備、GaN等新型襯底、單芯片白光、白光OLED照明等前沿技術(shù)探索取得顯著成果外,我國產(chǎn)業(yè)化技術(shù)不斷突破。例如,LED芯片技術(shù)從無到有,2012年LED芯片國產(chǎn)化率達(dá)到72%;硅襯底功率型LED器件處于國際領(lǐng)先水平。
“我們發(fā)展科技,過去大多走的是從前期自由探索到基礎(chǔ)研究再到應(yīng)用研究,最后到工程化工業(yè)化的路徑。這對半導(dǎo)體照明領(lǐng)域而言并非完全適用。”談到技術(shù)研發(fā),半導(dǎo)體照明聯(lián)合創(chuàng)新國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任李晉閩有著更深的理解, “不僅僅是技術(shù)推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展,事實(shí)上,市場應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的迫切需求,強(qiáng)有力地驅(qū)動半導(dǎo)體照明技術(shù)不斷進(jìn)步?!?/P>
2009年,科技部啟動了“十城萬盞”半導(dǎo)體照明應(yīng)用試點(diǎn)示范工作。37個試點(diǎn)城市已實(shí)施示范工程超過2700項(xiàng),應(yīng)用LED燈具超過700萬盞,年節(jié)電超過21億度。
“通過示范應(yīng)用帶動,半導(dǎo)體照明部分產(chǎn)品在規(guī)模和水平上全球領(lǐng)先。”科技部高新司司長趙玉海舉例說,北京奧運(yùn)會水立方首次實(shí)現(xiàn)了世界上最大規(guī)模的全彩色可變場景LED景觀照明,節(jié)電70%以上;國慶60周年天安門廣場LED顯示屏,實(shí)現(xiàn)從芯片到系統(tǒng)的國產(chǎn)化;人民大會堂半導(dǎo)體照明改造項(xiàng)目,原照明總功率接近800kW,改造后總功率不到200kW,平均節(jié)電率達(dá)75%以上。
“目前,我國半導(dǎo)體照明技術(shù)基本實(shí)現(xiàn)與國際同步發(fā)展,示范應(yīng)用處于國際先進(jìn)水平。”李晉閩如是評價。
通觀我國半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè),有個有趣的現(xiàn)象,那就是產(chǎn)業(yè)鏈上中下游各個環(huán)節(jié)聯(lián)合非常緊密,大家都很喜歡“抱團(tuán)”。提到這種產(chǎn)學(xué)研用合作的新機(jī)制,就不得不說其背后的推手——CSA。我國半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)上中下游主要骨干企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)均是CSA成員,占國內(nèi)60%以上產(chǎn)值。聯(lián)盟成立以來,建立了以資源共享、知識產(chǎn)權(quán)、標(biāo)準(zhǔn)等為紐帶,產(chǎn)學(xué)研以及上下游協(xié)同創(chuàng)新的長效機(jī)制。
“2012年,依托聯(lián)盟籌建了半導(dǎo)體照明聯(lián)合創(chuàng)新國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,并建立了‘共同投入、風(fēng)險共擔(dān)、利益共享’的聯(lián)合創(chuàng)新機(jī)制。成立一年來,17家企業(yè)就投入5100萬元?!盋SA常務(wù)副秘書長阮軍向科技日報記者透露,實(shí)驗(yàn)室還于今年1月在荷蘭設(shè)立海外研發(fā)實(shí)體機(jī)構(gòu)——代爾夫特研究中心。
更值得一提的是,聯(lián)盟正“走出去”,放大“中國之光”。2010年10月,以CSA為主要發(fā)起者,聯(lián)合美、澳、新、荷、韓、印及中國臺灣地區(qū)的半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè),組織成立了全球首家專門促進(jìn)半導(dǎo)體照明行業(yè)發(fā)展的非營利性、非政府組織“國際半導(dǎo)體照明聯(lián)盟(ISA)”。它是首個總部設(shè)在中國的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)國際聯(lián)盟,也表明國際社會對中國半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)及市場戰(zhàn)略地位的認(rèn)可。
700個“金太陽”光耀美麗中國
近日,世界上最大的集風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、儲能裝置及智能輸電于一體的新能源綜合示范工程——國家風(fēng)光儲輸示范工程,迎來安全穩(wěn)定運(yùn)行一周年,我國首創(chuàng)、自主研發(fā)的間歇式能源聯(lián)合發(fā)電運(yùn)行及調(diào)度模式得到實(shí)際驗(yàn)證。該工程2012年全年累計輸出優(yōu)質(zhì)綠色電能超過2.4億千瓦時。
“它實(shí)現(xiàn)了新能源并網(wǎng)、關(guān)鍵設(shè)備和工程建設(shè)等方面的重大技術(shù)突破,為我國電網(wǎng)接納大規(guī)模間歇式能源提供了良好示范?!睋?jù)科技部高新技術(shù)司能源處處長鄭方能介紹,目前,一期工程在聯(lián)合控制、風(fēng)力發(fā)電、儲能技術(shù)、智能調(diào)度等取得了一批階段性成果。
國家風(fēng)光儲輸示范工程只是我國“金太陽示范工程”的首個重點(diǎn)項(xiàng)目。
能源緊缺是當(dāng)今世界各國面臨的共同挑戰(zhàn)。我國已將包括太陽能光伏產(chǎn)業(yè)在內(nèi)的新能源產(chǎn)業(yè)列為未來著力發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一。2009年7月21日,財政部、科技部、國家能源局聯(lián)合實(shí)施金太陽示范工程,該工程將綜合采取財政補(bǔ)助、科技支持和市場拉動方式,加快國內(nèi)光伏發(fā)電的產(chǎn)業(yè)化和規(guī)模化發(fā)展。[!--empirenews.page--]
“金太陽示范工程”是一個嶄新的提法,意味著國家將給予太陽能產(chǎn)業(yè)更大的政策支持,即對光伏發(fā)電進(jìn)行初投資補(bǔ)貼。這種財政補(bǔ)貼政策是指政府對光伏項(xiàng)目初投資建設(shè)給予一定額度的一次性補(bǔ)貼(視實(shí)際情況也可分期撥付),具有交易成本低、有效規(guī)避現(xiàn)行電力體制障礙,減輕開發(fā)商初投資壓力等優(yōu)點(diǎn)。
有專家認(rèn)為,該工程的實(shí)施是我國分布式光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要事件。實(shí)施“金太陽”科技示范工程以來,我國進(jìn)一步提高了光伏發(fā)電應(yīng)用水平,擴(kuò)大了市場規(guī)模。
鄭方能告訴科技日報記者,4年來,由于堅持技術(shù)創(chuàng)新與示范工程等項(xiàng)目相結(jié)合,我國已實(shí)現(xiàn)以典型示范工程帶動前沿關(guān)鍵技術(shù)突破、以產(chǎn)品推廣應(yīng)用拉動光伏全產(chǎn)業(yè)鏈快速健康發(fā)展。
據(jù)悉,自2009年實(shí)施金太陽示范工程以來,已批準(zhǔn)支持近700個示范項(xiàng)目,總裝機(jī)容量超過5800MW(兆瓦)。中央財政承諾投入390億元,截至2012年底,已撥付到位約250億元,帶動地方和企業(yè)直接投入超過390億元,實(shí)現(xiàn)直接產(chǎn)值780億元。截至2011年底,我國光伏電池產(chǎn)量約30GW(吉瓦),產(chǎn)能超過40GW。‖
“上海光源”力拔萬臺X光機(jī)
在上海浦東張江高科技園區(qū),一座美麗的巨型“鸚鵡螺”建筑內(nèi),接近光速運(yùn)動的電子在432米周長的環(huán)形加速器中,晝夜不停地向周邊的光束線實(shí)驗(yàn)站輻射不同波長的電磁波,就像一臺多用戶的“超級X光機(jī)”和“超級顯微鏡”,產(chǎn)生照亮微觀世界的神奇之光。
這座建筑,靜靜綻放著神奇的光芒。一束束高質(zhì)量的同步輻射光,投射出一幅幅未來的科學(xué)圖像……這就是中國迄今為止最大的大科學(xué)裝置和大科學(xué)平臺——“上海光源”。經(jīng)過長達(dá)16年的孕育、52個月的緊張施工,“上海光源”于2010年1月順利通過國家驗(yàn)收,并正式對中外各學(xué)科領(lǐng)域的科研用戶開放。
天上有了太空望遠(yuǎn)鏡,才能發(fā)現(xiàn)宏觀宇宙中最遙遠(yuǎn)的奧秘;地上有了“上海光源”這樣的 “超級顯微鏡”,才能發(fā)現(xiàn)微觀物質(zhì)中最精細(xì)的結(jié)構(gòu)?!吧虾9庠础本哂薪ㄔO(shè)60條以上光束線和上百個實(shí)驗(yàn)站的能力,可容納成百上千名不同學(xué)科領(lǐng)域的科學(xué)家和工程師日夜研發(fā)。
“上海光源”開放后,全國各地高校、科研院所、醫(yī)院及企業(yè)用戶紛至沓來,涉及生命科學(xué)、物理、化學(xué)、地質(zhì)、環(huán)境等十多門學(xué)科:
——中科院物理所國家超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室趙忠賢院士領(lǐng)銜的“新型鐵基超導(dǎo)體研究”課題組通過上海光源X射線微聚焦線站,利用直徑只有頭發(fā)絲粗細(xì)的 “微光”,獲得高亮度、高靈敏、高分辨率的分析手段,首次發(fā)現(xiàn)鐵基超導(dǎo)體在高壓條件下也能重現(xiàn)超導(dǎo),從而為“高溫超導(dǎo)”研究打開了一條全新思路;
——清華大學(xué)結(jié)構(gòu)生物學(xué)中心顏寧和施一公研究組合作揭示了這些蛋白特異識別其靶標(biāo)基因的分子基礎(chǔ),這一工作在2012年發(fā)表于《科學(xué)》雜志,并被該雜志評選出的“2012年十大突破”之“基因組的精密改造工程”引用,上海光源生物大分子晶體學(xué)光束線站對解析工作提供支持,保證了課題的順利完成;
……
近幾年,我國不少科研用戶在《科學(xué)》《自然》《細(xì)胞》等國際頂尖學(xué)刊上發(fā)表高質(zhì)量論文,“上海光源”功不可沒。
目前,全球建成和在建的同步輻射光源裝置共有60余座,其中第三代同步輻射裝置13臺。與中國已有第一代同步輻射光源——北京正負(fù)電子對撞機(jī)和第二代同步輻射光源——合肥國家同步輻射實(shí)驗(yàn)室相比,“上海光源”具有高亮度、高強(qiáng)度、高穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),強(qiáng)度是X光機(jī)的上萬倍,亮度是最強(qiáng)的X光機(jī)的上億倍,可同時提供從遠(yuǎn)紅外線、紫外線,到硬X射線等不同波長的高亮度光束,每年供光機(jī)時將超過5000小時。上海光源屬于世界上性能最好的第三代中能同步輻射光源之一,能量居世界第四。
如今,“鸚鵡螺”已蜚聲世界。“上海光源”與中國臺灣地區(qū)和日本、韓國、印度的第三代同步輻射光源一起,形成堪與美歐媲美的“光源群”,成為面向世界的同步輻射實(shí)驗(yàn)平臺。
■外界評說
“中國半導(dǎo)體照明有光明的未來”
師昌緒(著名材料科學(xué)家、兩院院士):半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)在國際上應(yīng)該已經(jīng)占領(lǐng)了比較令人矚目的地位。因?yàn)閲H半導(dǎo)體照明聯(lián)盟(ISA)就在中國,聯(lián)盟不完全是一個名譽(yù)性組織,更是有實(shí)質(zhì)性內(nèi)容的組織。半導(dǎo)體照明聯(lián)盟在很大范圍和深度上能夠把很大一部分企業(yè)聯(lián)合起來,已經(jīng)樹立了一個健康發(fā)展的典范,得到了國際認(rèn)可。
張國旗(荷蘭DELft大學(xué)教授):首先,中國是世界上最早成立半導(dǎo)體照明聯(lián)盟的國家。中國半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展至今,主要經(jīng)驗(yàn)有3點(diǎn),一是聯(lián)盟符合社會和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求。二是來自政府等的支持。三是擁有強(qiáng)有力的專業(yè)化的組織和管理隊(duì)伍。其中,最重要的一點(diǎn)是要滿足企業(yè)和社會的需求,非常希望重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室今后在這幾個方面繼續(xù)有所成就。
Robert Steele(美國StrategiesUnlimited公司光電主管):與中國公司進(jìn)行合作的經(jīng)驗(yàn),使我相信中國能夠研發(fā)出最高水平的技術(shù),向市場上出售最高質(zhì)量的產(chǎn)品。中國半導(dǎo)體照明有光明的未來。
“中國加入世界級同步輻射光源俱樂部”
上海光源剛剛建成的時候,《自然》雜志就以“中國加入世界級同步輻射光源俱樂部”為題,報道了上海光源的建設(shè),給予了高度的評價和肯定。國際評估委員會也對上海光源加速器的建造和調(diào)速、質(zhì)量與速度給予了高度評價,認(rèn)為是頂級水平,為未來國際上大科學(xué)裝置加速器的建設(shè)樹立了一個標(biāo)桿。所有的光和線站達(dá)到了國際同類第三代線站的水平。國家驗(yàn)收時,也充分肯定了上海光源在世界同類裝置中以最少投資、最快建設(shè)速度實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的性能,成為國際上性能指標(biāo)領(lǐng)先的第三代同步輻射光源之一,是中國大科學(xué)裝置建設(shè)的又一成功范例。
張曉強(qiáng)(國家發(fā)展和改革委員會副主任):“上海光源”的建設(shè),標(biāo)志著中國重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)邁入新的發(fā)展階段。伴隨上海光源等工程的建設(shè),中國重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)步入快速發(fā)展期。上海光源的建設(shè),將為中國提升原始創(chuàng)新能力和培養(yǎng)凝聚優(yōu)秀人才提供重要平臺。