照明技术领域

六、LED照明技术领域

（一）迪源光电

1.案例简述

武汉迪源光电科技有限公司（简称迪源光电）成立于2006年4月，当年底建成第一条LED^[47]生产线，是国内唯一专业从事半导体照明LED外延片、功率芯片研发和生产的高科技企业，该技术属于LED上游技术领域（见图7－17），主要生产蓝光和绿光大功率LED芯片，包括室外照明、景观照明和室内照明^[48]。迪源光电是典型的海归人才创业型企业，由国内外LED行业知名的技术管理团队创立。

图7－17　LED产业链

迪源光电拥有5项发明专利涵盖材料和器件（含1项美国专利），技术水平在国内处于领先地位，也达到国际先进水平。目前，大功率LED芯片封装成白光后亮度已超过100lm，发光效率超过85lm/W，这与中国台湾、韩国的产品处于同一技术水平，仅比代表国际最高水平的欧美企业低10%～15%，而产品性价比超过欧美企业30%。迪源光电后续的技术创新目标为垂直LED芯片技术（发光效率提升50%～80%，达到100lm/W）及纳米压印的光子晶体技术（垂直芯片和光子晶体使发光效率达到130lm/W以上）。

迪源光电从2006年起开始承担“863”项目，在项目评审中其产品性能一直处于国内领先水平。

2.分析

（1）中外合资。

迪源光电是海归人才创业型企业，是由境内外知名风险基金和战略投资人联合投资成立的中外合资企业。海归创业人才所属的是国际知名的技术管理团队，公司的技术创新水平达到了国际先进水平。公司的知识产权均为迪源光电公司所有。

（2）产业化。

迪源光电的LED照明芯片达到100lm/W，已超过了功能照明应用的光效要求，并形成了产品系列；同时具备了规模化生产的产能^[49]，大功率LED芯片已经应用在全国3万余盏灯具上，且经过近两年的工程检验，可靠性得到认可。在总投资8亿元的二期工程完成后，公司将形成国内最大的大功率芯片生产基地，并带动300亿元的封装和中下游应用。迪源光电还参加了联合国“照亮非洲”计划。

而目前LED照明产业化主要通过示范工程的方式来推广。产业化的障碍在于：①产品成本高，普通消费者无购买力；②对于LED照明这一新兴产业，消费者对产品的认知度低，消费者偏好影响消费者对新产品的接受。

（3）高效的研发程序。

迪源光电针对外延和芯片采用不同的研发程序。由于外延设备价值昂贵，外延技术积聚度较高，因此外延研发和生产的职能归于外延部；并且公司专为外延研发设置了快速片机制，保证在最短的时间内反馈外延生产的结果。同时，公司专设研发部负责芯片的产品研发和工艺改进。

迪源光电的研发侧重于外部集成，表现在：第一，公司研发团队的领军人物即公司的发起人，是LED技术领域的海归科研人才，具有美国著名公司研究开发和科研管理背景；第二，公司以国内外LED领域知名的技术管理团队为研发平台，集成国内外先进的知识资源。

（4）标准化程序。

迪源光电已建立了企业标准化程序，目前正在积极介入由武汉市质监局牵头的LED地方标准化过程，并提交了标准制订计划。

我国还没有制定相应的大功率LED标准。2009年10月，迪源光电参加了由科技部高新技术发展及产业司委托国家半导体工程研发及产业联盟举办的“十城万盏”半导体照明试点工作标准与测试工作会议，会议发布了关于“十城万盏”道路照明产品技术规范、LED隧道照明技术规范和一批产品检测数据信息及应用示范工程评价体系^[50]。

（5）承担政府资助的科研项目。

迪源光电承担的项目是国家级、省级重大项目，体现了国家产业发展方向、产业共性关键技术及高技术创新难度。公司承担的“大功率LED芯片产业化”项目被列入2007年度国家火炬计划^[51]；公司是国家“十一五”“863”计划重大项目“100lm/W功率型白光LED研究和产业化”的全国三家主要项目承担单位之一，也是目前湖北省唯一承担“863”项目的LED企业；2008年公司还获批了国家发改委高技术产业专项“半导体照明GaN基LED大功率外延片及芯片产业化”，获得国家补助资金800万元。同时公司也承担了湖北省科技厅的重大科技专项。

（6）产业共性关键技术。

大功率LED的关键技术及专利都掌握在日本、美国、德国等国的少数大公司手中^[52]，有关GaN基半导体LED的关键技术已经在我国和国际上申请了专利，基本覆盖了从衬底制备、外延材料、器件设计、管芯工艺到封装和应用设计的各个方面^[53]。随着拥有核心专利的公司进一步增多，日亚、Osram、丰田合成、Cree等专利垄断公司都更加积极地通过专利授权扩大自身在LED市场的影响力，同时通过中国台湾及韩国企业的授权代加工来扩大其产品的市场份额。

我国在LED专利方面处于比较被动的局面。我国的专利申请人未掌握上游核心技术，发明专利申请量较少且大都属于外围技术。数量不多的外围专利和下游水平低、效力未定的实用新型专利无法形成专利网。另外，一些专利申请人还没有申请境外专利。面对数量庞大的外国专利，除了沿着国际现有技术轨道进行渐进性创新外，还可以研究国外没有实现批量生产的新方法，走出现有国际专利网的包围。目前在LED产业有机会取得技术突破的领域主要有LED白光普通照明芯片技术、复合衬底、量子阱和电极以及应用产品领域。迪源光电已经在相关外延芯片核心领域拥有专有技术和5项发明专利（含1项美国专利），涵盖了材料和器件。迪源光电技术创新的目标是以点带面地突破专利重围，建立完善的知识产权体系。迪源光电核心技术发明专利如表7－5所示。

表7－5　迪源光电核心技术发明专利

注：截至2009年5月20日。

迪源光电持续的技术创新将以“100lm/W功率型白光LED研究和产业化”重大项目为依托，在功率型LED产业化的技术瓶颈——生产成本偏高^[54]这一产业共性问题上实现突破。国内能够生产大功率LED芯片的厂家只有迪源光电一家（全球三家大功率LED芯片生产企业之一），加之功率型LED外延片及芯片处于产业链的上游，因此公司功率型芯片的研发及其产业化直接关系到我国LED产业链的整体发展。

（7）产业联盟及产学研结合。

2009年3月，“武汉·中国光谷半导体照明工程研发及产业联盟”在东湖高新区管委会组织下成立。联盟成员包括武汉光电国家实验室、华中科技大学、武汉大学、迪源光电为代表的近20家光谷LED企业，迪源光电被推举为产业联盟理事长单位。该联盟是武汉LED产业官产学研联合研发和产业化平台，对迪源光电而言，进一步扩大了公司外部集成的广度和深度。

此外，迪源光电在武汉光电国家实验室协作下承担湖北省科技厅重大科技专项，充分利用武汉光电国家实验室的设备、科研工艺设施和先进的分析测试条件进行新产品开发。

（8）市场需求潜力。

2008年全球LED照明产业产值达900亿元人民币，我国LED照明产业产值近700亿元人民币，发展速度是全球最快的。2008年我国LED照明产业国产化率达到49%，其中国产小功率GaN芯片达到130亿只，国产化率41%，但功率型GaN芯片国产化率仅接近20%。而在大功率LED照明应用领域，国产LED器件已经完全达到了80lm/W的照明应用技术要求。根据国家半导体照明研发及产业联盟的统计和预测，2015年我国LED照明的产业规模将达到5 000亿元以上。

（9）国际技术壁垒。

我国在外延、芯片和封装技术上和国外进口LED器件还有一定差距。国产LED和国外进口LED量产技术比较：国际研发成果汇报的最高水平为美国的161lm/W（4 689K的色温，驱动电流为350mA），我国功率型芯片及功率型白光GaN系LED（1mm×1mm）国产芯片封装后发光效率为70～80lm/W＠350mA。标准芯片及标准白光LED（0.3mm×0.3mm）发光功率为10～15mW＠20mA和白光发光效率为90～100lm/W。

近年来，美国、欧盟、日本、韩国等政府纷纷出台计划，加紧立法，鼓励使用半导体节能型光源。我国在大力推广应用LED的同时，如果本土LED企业的创新速度不能满足快速增长的市场需求，反而会推动国外LED企业占领我国巨大的市场。

（10）国内竞争激烈。

公司在国内面临的挑战主要来自于深圳市政府对LED产业的政策支持。深圳从事LED照明技术及产品研发、生产和应用的企业达700多家，企业数量占全国近一半，产业规模约150亿元。^[55]虽然深圳在LED产业链的高端环节还比较薄弱，技术创新能力相对不足，还没有形成龙头企业，但是深圳市政府对LED产业机遇非常敏感，在最短的时间内（2008年12月至2009年2月）就拟定出了《深圳市LED产业发展规划（2009—2015年）》等6个政策文件，在发展规划、推广示范、公共技术平台建设、产业发展措施、产业聚集园区建设、LED国际交易采购中心的筹建等方面均以“国际上有影响、国内一流的LED产业集聚地”为目标，提升LED企业的自主创新能力。

如果武汉市的政策环境不能有效促进光谷LED企业自主创新能力的快速提升，那么包括迪源光电在内的光谷LED产业的竞争优势将逐步减弱。

（11）政府扶持。

除了国家层面对LED照明产业的扶持政策外^[56]，武汉市政府也对LED采取了一系列扶持措施。由市景观灯光管理部门、节能管理部门等共同组成景观灯光改造管理办公室，有计划、有步骤地推进半导体景观照明的建设和改造；将拥有自主知识产权的高亮度LED芯片、LED相关产品列入政府采购目录；纳入武汉市“两型社会”建设方案；纳入市节电工程、城市路灯改建和新农村建设计划；对采用本地企业自主创新并拥有知识产权产品比例不低于60%的LED示范工程建设给予财政补贴。

（12）新兴产业。

与传统的白炽灯相比，半导体照明的节电效率可达90%以上，寿命可延长100倍。据国家半导体照明工程专项调查显示，我国照明用电每年在3 000亿度以上，如果1/3用LED取代，其节省的照明用电，相当于总投资规模超过2 000亿元的三峡工程全年发电量^[57]。由此可见，LED产业的自主创新对我国具有重要的战略意义。

（二）华灿光电

1.案例简述

武汉华灿光电有限公司（简称华灿光电）于2005年底成立，致力于研发、生产、销售以GaN基蓝、绿光系列产品为主的高质量LED外延材料与芯片，在LED显示屏用蓝绿光芯片的全面品质和白光用蓝光芯片的亮度、寿命等方面均处于国内领先水平，已经建成世界先进水平的全套LED外延和蓝、绿光LED芯片生产线，截止2010年底，已形成每月800KK芯片的生产能力。2008年3月，美国著名风险投资公司——IDG技术创业基金（IDGVC）^[58]投资华灿光电，华灿光电成为中外合资企业。华灿光电拥有23项LED领域的核心专利和先进的III族氮化物基高性能LED发光管材料生长、器件设计与生产制造的核心技术，这些技术已经在现有产品中应用，在LED显示屏用蓝绿光芯片的全面品质和白光用蓝光芯片的亮度、寿命等方面均处于国内领先水平，并迅速占领了国内30%的市场份额。

华灿光电研发团队的核心由多位具有优秀化合物半导体专业背景和丰富实践经验的海归博士、中国台湾专家和外籍专家组成。同时，公司承担了多项省市级科研项目。

华灿光电已制定企业标准4份，这些企业标准尚未纳入公司的专利技术。公司介入LED技术正式标准化过程。华灿光电是“国家半导体工程研发及产业联盟”和“武汉·中国光谷半导体照明工程研发及产业联盟”的成员单位，公司已计划通过科学顾问积极谋求参与“国家半导体工程研发及产业联盟”的LED技术规范的制定。

2.分析

（1）中外合资。

华灿光电成立于2005年，2008年由IDG技术创业基金投资扩充资本，成为由境外风险投资公司投资的中外合资高科技企业^[59]。IDGVC向公司投资表明公司具有很大的发展潜力。IDGVC不仅为华灿光电提供了扩增产能所需的资金，也给公司的发展注入了国际化的经营理念。

（2）产业化及新兴产业。

华灿光电是湖北省第一个LED生产企业。由于LED在我国是新兴产业，具有巨大的市场潜力，同时公司在技术创新过程中始终关注产业链下游的用户需求，从而使公司的研发优势获得广阔的产业化空间。自建成投产以来，华灿光电迅速发展成为国内LED芯片的龙头企业，市场占有率迅速上升。公司2007—2009年显示屏销售和市场份额如图7－18所示。

图7－18　2007—2009年显示屏销售和市场份额

（3）产业共性关键技术。

华灿光电的研发团队与国际知名实验室同步进行技术研发，基础技术研究和产品开发达到国内领先、国际先进水平。华灿光电已拥有20多项LED领域的核心专利和先进的III族氮化物基高性能LED发光管材料生长、器件设计与生产制造的核心技术（见表7－6）。

表7－6　华灿光电核心技术专利

续表

注：截至2010年1月8日。

（4）高效的研发程序。

华灿光电的技术来源包括公司内部的研发、工艺、外延等部门，以及在美国、武汉大学及武汉光电国家实验室的科学顾问团队。公司研发的特点有：一是华灿光电的研发平台是美国的技术研发团队，由多位具有优秀化合物半导体专业背景和丰富实践经验的归国博士、中国台湾专家及外籍专家组成，与国际知名实验室同步进行研发；二是华灿光电总裁不仅在半导体材料Ⅲ族氮化物领域具有很强的海外学术背景，而且还是公司的创始人之一。也就是说，企业家不仅专业理论知识扎实，而且从业经验丰富；三是采用国际高新技术领域通行的以人才为中心的创业投资模式，推行员工持股计划，吸引国内外产业人才汇聚，特别是研发人才。

（5）标准化程序。

华灿光电成立了以知识产权部为主体，包括研究开发部、质量控制部等多个部门协同组织共同推进标准化工作的机制。其中知识产权和标准化工作专职人员3名（包括博士生1名，硕士生1名，本科生1名）；相关兼职人员10余名。同时，公司的科学顾问是“国家半导体工程研发及产业联盟”的标准组的成员，公司希望通过该科学顾问介入联盟的LED技术规范的制定。

目前，公司还处于建立企业标准的阶段，还没有参与地方、行业和国家标准的制定。华灿光电现有4份企业标准如表7－7所示。

表7－7　华灿光电企业标准

华灿光电的企业标准的制定与公司的技术专利化过程同时进行，是两个并行的流程，如图7－19所示。

图7－19　华灿光电研发（专利）与标准化

（6）承担政府资助的科研项目及产学研结合。

华灿光电承担的是省市级的科技攻关项目，在项目级别上体现了区域产业发展的方向。2006年公司与武汉大学合作获得三个湖北省科技攻关项目：带有静电保护电路的硅片上倒装焊GaN功率芯片的设计、加工和规模化生产，大功率蓝光外延芯片研制，超高亮度绿光外延芯片研制。华灿光电承担的其他项目还有东湖高新区科技创新基金项目（太阳能光伏－LED特种照明系统产业化项目），湖北省发改委2007年光电子信息专项基金项目（半导体照明用发光二极管芯片产业化），武汉市信息产业局科研项目（半导体照明LED芯片制造与研发）。这些项目共产出23项发明专利。