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半导体照明工程技术 15 高光效长寿命半导体照明关键技术与产业化丨“率先行动”第一阶段成果进展

发布时间 : 2024-11-23

作者 : 小编

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15 高光效长寿命半导体照明关键技术与产业化丨“率先行动”第一阶段成果进展

自2014年“率先行动”计划实施以来，中国科学院以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，认真贯彻落实习近平总书记提出的“三个面向”“四个率先”要求，把实施“率先行动”计划作为重大政治任务和重大科技任务，在科技创新发展、国家创新人才高地建设、高水平科技智库建设、一流科研机构建设等方面取得了重大进展和突出成效，全面完成了“率先行动”计划第一阶段目标任务，在我国创新型国家和科技强国建设中起到了引领带动作用，为2030年全面实现“四个率先”目标打下了坚实基础。

在系统梳理“率先行动”计划第一阶段众多科技成果基础上，中科院按照“三个面向”凝练归纳出59项重大科技成果及标志性进展。

“中科院之声”开设“‘率先行动’第一阶段成果进展”专栏，为大家介绍相关成果进展。今天为大家介绍面向国民经济主战场的“高光效长寿命半导体照明关键技术与产业化”。

面向半导体照明产业化亟需突破的光效低、寿命短、无标准三大核心瓶颈，突破高光效半导体照明材料外延与芯片技术，发明长寿命半导体照明器件与模组技术，实现LED芯片性能提高4倍、价格下降20倍，光源寿命提高到60000小时，形成自主可控的高光效长寿命半导体照明成套技术，关键指标达国际领先水平。项目成果实现全链条产业化，在相关企业形成年产外延芯片1000万片、封装器件1200亿只、光源模组5000万套的规模，LED芯片市场全球首位。成果应用于国庆70周年、2019北京世园会等多项重大工程。近三年新增经济效益451.1亿元，推动应用市场3700亿元。有力支撑了中国照明产业的转型升级和照明产品的更新换代。

外延芯片实现全球最大规模量产

2019北京世园会景观照明

完成单位：中国科学院半导体材料与光电子器件卓越创新中心（半导体研究所）

行业市场简析智研产业百科【442】——半导体照明器件

摘要： 近几年来，随着半导体照明技术的不断进步，中国半导体照明器件应用领域越来越广泛，市场规模不断增长。从行业构成来看，LED产品仍然是中国半导体照明器件市场的主要支柱。随着半导体照明器件的不断发展，LED市场规模也在不断增长。据统计，中国LED照明市场规模从2020年5967亿元增长至2022年的6813亿元，随着行业发展逐渐稳定，估计2023年LED照明市场规模将达到7012亿元。

一、定义及分类

半导体照明器件是指利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。其主要包括发光二极管（LED）、有机发光二极管（OLED）或量子发光二极管（QLED）等，具有耗电量少、寿命长、色彩丰富、耐震动、可控性强等特点。但目前所说的半导体照明器件主要是指发光二极管（LED）。

二、行业政策

1、主管部门和监管体制

半导体照明器件的主管部门是指工业和信息化部，其主要负责提出新型工业化发展战略和政策，协调解决新型工业化进程中的重大问题，拟订并组织实施工业、通信业、信息化的发展规划，推进产业结构战略性调整和优化升级；制定并组织实施工业、通信业的行业规划、计划和产业政策；监测分析工业、通信业运行态势，统计并发布相关信息，进行预测预警和信息引导；指导行业技术创新和技术进步，以先进适用技术改造提升传统产业等。

半导体照明器件行业协会是指中国照明电器协会，其主要负责开展对国内外同行业发展状况的调查研究，向政府部门反映会员的愿望和要求，提出制定行业规划、政策、立法等方面的建议；根据授权从事行业统计调查，收集发布行业信息；按照有关规定，创办行业协会出版物；受政府委托承办或根据市场和行业发展需要组织本行业的产品展览与订货，开展技术交流与合作；与国外同行业及相关组织建立联系，开展国际交流与合作等。

2、行业相关政策

近年来，为了促进和规范半导体照明器件行业的发展，我国陆续发布了许多政策。如2023年1月，工业和信息化部等六部门发布《关于推动能源电子产业发展的指导意见》，其中提出提高长寿命、高效率的LED技术水平，推动新型半导体照明产品在智慧城市、智能家居等领域应用，发展绿色照明、健康照明。6月，工业和信息化部等五部门发布《制造业可靠性提升实施意见》，其中提出，重点提升高端射频器件、高端机电元器件、LED芯片等电子元器件的可靠性水平。12月，国家发展改革委发布的《产业结构调整指导目录（2024年本）》中，提到积极推动半导体照明衬底、外延、芯片、封装及材料（含高效散热覆铜板、导热胶、导热硅胶片）等发展，同时还不断推动半导体照明设备发展。

三、发展历程

从发展历程来看，中国半导体照明器件产业可分为五个阶段。第一阶段（1960-1980年）标志着中国科学院在发光科学领域的研究起步。这一时期，研究工作主要集中在实验室内，为后续的技术开发奠定了基础。第二阶段（1980-2002年）见证了LED技术从实验室走向生产的转变。2002年，中国已有420家LED生产企业，雇佣了超过3万名员工，标志着半导体照明器件行业的初步商业化。第三阶段（2002-2005年）以国家科技攻关计划的启动为特点，这一计划对半导体照明技术的发展产生了巨大推动作用。第四阶段（2005-2015）是产业的爆发期。在这一时期，LED产品的产值从2002年的约80亿元增长至2015年底的4245亿元。中国国产LED芯片的全球市场份额提升至45%，成为全球最大的LED芯片生产地和半导体照明产品的主要消费及出口国。第五阶段（2015至今），受国家政策的积极推动和LED照明产品技术的快速更新，LED产品渗透率不断攀升。据统计，2012年中国LED照明产品的市场渗透率仅为3.3%，而到了2021年，这一数字显著增长至80%。

四、行业壁垒

1、技术壁垒

半导体照明器件产品的研发、设计、制造涉及半导体技术、电力技术、微电子技术等，产品的生产需要全面掌握扩散、芯片制造、封装、测试等技术，对企业的工艺设计及过程控制的要求非常高。企业必须掌握强大的技术实力、完备的质量体系、工业装备和检测技术。较高的技术门槛，对缺乏技术沉淀和经验积累的新企业形成一定的技术壁垒。

2、资金壁垒

半导体照明器件的生产需要高度自动化的生产线和精密的生产设备，这些设备的价格往往非常昂贵。企业需要投入大量的资金来购买和维护这些设备。同时，为了拓宽市场空间，企业需要投入大量的资金进行市场推广，包括广告宣传、产品展示、客户拜访等，这对于资金有限的企业来说有一定的挑战。因此，较高的资金投入是新进入者面临的一个重要壁垒。

3、人才壁垒

半导体照明器件行业属于高科技行业，企业的经营和发展需要专业技术人才的支撑。企业的专业人才来源主要分为两大类，一是企业自身对新员工的技能培养，二是通过其他渠道招聘和引进。目前市场上具备相关专业技能和经验的人才相对稀缺，难以满足行业发展的需求。新进入的企业在人才引进方面较为困难，同时培养自身的人才需耗费较长的时间。因此，人才壁垒是半导体照明器件行业的主要壁垒之一。

五、产业链

1、行业产业链分析

从半导体照明器件行业产业链来看，上游主要包括LED芯片、外延片、衬底材料等；中游是指半导体照明器件封装；下游应用领域包括照明灯具、显示面板、电器信号设备装置等领域，这一环节需要针对不同应用需求进行定制化开发，终端应用领域，包括家居、商业、工业、办公、教育等。

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