淺析半導(dǎo)體照明市場(chǎng)與技術(shù)

半導(dǎo)體照明（Semiconductor Lighting）是一種新興的照明技術(shù)。其基本器件由發(fā)光二極管(Light-emitting diode, 簡(jiǎn)稱(chēng)LED)，或與熒光發(fā)光材料封裝，形成半導(dǎo)體固體發(fā)光器件，直接或間接發(fā)出各種可見(jiàn)及不可見(jiàn)光。半導(dǎo)體照明具有高效、節(jié)能、環(huán)保及多功能性等顯著特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于家居照明、商業(yè)照明、工業(yè)照明等通用照明以及農(nóng)業(yè)照明、健康照明、紫外固化、殺菌消毒、安防檢測(cè)等功能性應(yīng)用領(lǐng)域。并且已與微電子結(jié)合，在新一代信息領(lǐng)域的可見(jiàn)光通訊中扮演重要角色。

當(dāng)前，半導(dǎo)體照明的發(fā)展目標(biāo)已由節(jié)能減排轉(zhuǎn)向高品質(zhì)健康照明和創(chuàng)新應(yīng)用功能性照明發(fā)展。目前全球半導(dǎo)體照明技術(shù)正處于快速發(fā)展時(shí)期，國(guó)際上批量化80顯指0.2W LED器件的光效最高已超過(guò)220 lm/W，LED成為照明領(lǐng)域中的主流光源器件。20世紀(jì)90年代初期，我國(guó)LED照明產(chǎn)業(yè)開(kāi)始發(fā)展，并隨著時(shí)間的推移，我國(guó)LED照明產(chǎn)業(yè)已經(jīng)取得了顯著的成就，從生產(chǎn)到制造再到封裝，LED照明產(chǎn)業(yè)形成了完整的產(chǎn)業(yè)鏈。

在“十二五”期間，國(guó)家對(duì)節(jié)能問(wèn)題非常關(guān)注，將半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)作為重點(diǎn)培育和發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)進(jìn)行系統(tǒng)部署，多部門(mén)、多舉措共同推進(jìn)半導(dǎo)體照明技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)發(fā)展，取得明顯成效。

“十三五”期間我國(guó)功率型產(chǎn)業(yè)化白光LED芯片及燈具產(chǎn)品光效水平與國(guó)際持平。在“十三五”規(guī)劃的指導(dǎo)下，我國(guó)功率型白光LED光效超過(guò)200 lm/W，與國(guó)際水平持平。室內(nèi)燈具光效超過(guò)100 lm/W，室外燈具光效超過(guò)130 lm/W；產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，市場(chǎng)應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，從照明、顯示逐步向汽車(chē)、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)等功能性照明領(lǐng)域擴(kuò)展。

截至目前，我國(guó)已成為全球最大的半導(dǎo)體照明產(chǎn)品生產(chǎn)、消費(fèi)和出口國(guó)，國(guó)內(nèi)LED照明產(chǎn)品市場(chǎng)滲透率超過(guò)78%，基本完成節(jié)能減排工作目標(biāo)。然而，隨著LED光源的快速發(fā)展，各種照明應(yīng)用對(duì)光源提出了更高的要求。人們從最初的對(duì)LED光效和成本的重視逐漸發(fā)展到對(duì)其光品質(zhì)和健康的追求。通用照明將逐漸向健康照明轉(zhuǎn)型升級(jí)，功能照明逐漸向創(chuàng)新應(yīng)用領(lǐng)域快速發(fā)展。

“十四五”期間國(guó)家發(fā)改委部署建設(shè)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國(guó)。國(guó)家發(fā)改委2019年部署了《半導(dǎo)體照明節(jié)能產(chǎn)業(yè)“十四五”發(fā)展規(guī)劃前期研究》工作，圍繞“高質(zhì)量發(fā)展”需求，組織對(duì)我國(guó)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)展開(kāi)全面研究。研究初步提出“十四五”期間，著重推動(dòng)我國(guó)半導(dǎo)體照明從“產(chǎn)業(yè)大國(guó)”發(fā)展成為“產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國(guó)”，堅(jiān)持從跟蹤模仿向自主創(chuàng)新和引領(lǐng)創(chuàng)新轉(zhuǎn)變。

LED在通用照明和功能照明領(lǐng)域的應(yīng)用市場(chǎng)不斷拓寬，市場(chǎng)規(guī)模保持較快增長(zhǎng)。2015-2020年，全球LED市場(chǎng)高速增長(zhǎng)，已逐步取代白熾燈、熒光燈等其他照明光源，滲透率持續(xù)快速提升。截至2020年末全球LED照明滲透率已超過(guò)60%。

綜合參照IHS Markit、LEDinside的數(shù)據(jù)，2019年全球LED器件市場(chǎng)規(guī)模約為211.7億美元，較2015年的 157.1億美元增長(zhǎng)了近34.8%（年均增速7.7%）。其中，通用照明用LED器件從46.2億美元增長(zhǎng)至64.1億美元，增長(zhǎng)了38.8%（年均增速8.1%）；而功能照明用LED器件從86.3億美元增長(zhǎng)至102.1億美元，增長(zhǎng)了18.3%（年均增速4.3%）；應(yīng)用于創(chuàng)新應(yīng)用照明的LED器件市場(chǎng)規(guī)模占比從3.7%擴(kuò)張至5.2%。

由此可見(jiàn)，過(guò)去五年間，通用照明是全球LED市場(chǎng)發(fā)展的主要推動(dòng)力，創(chuàng)新應(yīng)用照明市場(chǎng)正處于發(fā)展初期，規(guī)模較小。預(yù)計(jì)2021-2025年，全球LED市場(chǎng)仍將保持增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，通用照明逐漸向健康照明轉(zhuǎn)型升級(jí)，創(chuàng)新應(yīng)用市場(chǎng)將保持高速增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)到2025年，通用照明向健康照明轉(zhuǎn)型將完成50%左右；而紫外光源、紅外光源、農(nóng)業(yè)照明等創(chuàng)新應(yīng)用的LED器件則保持20%的年均增速，到2025年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到30億美元。

圖1 2015年-2025年全球LED市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)

數(shù)據(jù)來(lái)源：CSAResearch，IHS Markit，LEDinside

圖2 全球LED創(chuàng)新應(yīng)用帶動(dòng)的器件市場(chǎng)規(guī)模

數(shù)據(jù)來(lái)源: CSA Research，IHS

基于光譜的應(yīng)用設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)LED通用照明轉(zhuǎn)型升級(jí)和創(chuàng)新應(yīng)用照明規(guī)模擴(kuò)大的核心驅(qū)動(dòng)力。近年來(lái)，在需求導(dǎo)向和應(yīng)用導(dǎo)向指引下，過(guò)去簡(jiǎn)單的藍(lán)光芯片+黃色熒光粉構(gòu)成白光的通用白光照明，已開(kāi)始向基于特定需求的光譜照明轉(zhuǎn)變。由于白光照明中的藍(lán)光危害得到重視，使得減少和抑制藍(lán)光危害的健康照明概念備受關(guān)注，使得LED通用照明向健康照明升級(jí)。

健康照明概念主要指對(duì)于人的視力、視覺(jué)、生理、心理等身心健康需求具有有益效果的照明技術(shù)、照明形式、照明設(shè)施和使用方法。LED光源相對(duì)傳統(tǒng)光源，在頻閃危害的控制、色彩還原度等方面更具優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也更節(jié)能環(huán)保，作為健康照明的人造光源，LED照明將是最佳選擇。當(dāng)前健康照明主要技術(shù)重點(diǎn)在于使LED光源光譜應(yīng)減少藍(lán)光的相對(duì)能量，以防止藍(lán)光危害。一些國(guó)內(nèi)企業(yè)已經(jīng)把普通白光的光源產(chǎn)品，逐步升級(jí)至極少藍(lán)光危害的健康白光光源產(chǎn)品，從而形成了產(chǎn)品核心競(jìng)爭(zhēng)力。

全光譜照明是健康照明的集中體現(xiàn)。模擬太陽(yáng)光譜，增加紅光的相對(duì)能量，在室內(nèi)也同于在日光下，以類(lèi)自然光線促進(jìn)人體的身心健康。這就需要挖掘熒光粉的色彩光譜潛力。當(dāng)前已有紫光+熒光粉、藍(lán)光+多色熒光粉、雙藍(lán)光+多色熒光粉、無(wú)熒光粉的五色LED混色等技術(shù)路線，最大程度讓LED接近太陽(yáng)光譜，并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，其中雙藍(lán)光+多色熒光粉兼具低藍(lán)光和高光效特點(diǎn)，優(yōu)勢(shì)較為突出。

基于光譜的創(chuàng)新應(yīng)用功能照明領(lǐng)域正在不斷涌現(xiàn)，植物光照、紫外固化及殺菌消毒、紅外檢測(cè)等新興功能照明應(yīng)用市場(chǎng)前景可觀。隨著植物工廠產(chǎn)業(yè)的興起，LED照明在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用逐步成為植物工廠照明的首選。LED植物光照的技術(shù)核心和發(fā)展趨勢(shì)主要集中在LED光譜可控與光配方解決方案研究。

新冠疫情的爆發(fā)激發(fā)了殺菌消毒市場(chǎng)對(duì)紫外LED光源的需求。280nm深紫外及更短波段的光子有足夠能量可直接破壞細(xì)菌和病毒難以復(fù)制的脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）分子結(jié)構(gòu)，殺死細(xì)菌及病毒。與汞燈等其他紫外光源相比，基于氮化鋁鎵（AlGaN）材料的深紫外LED具備堅(jiān)固、節(jié)能、壽命長(zhǎng)、無(wú)汞環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。

同時(shí)，深紫外LED體積小、環(huán)保無(wú)污染、便攜等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)又拓展了其在消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品應(yīng)用，從而展現(xiàn)出廣闊的市場(chǎng)前景。2017年8月《關(guān)于汞的水俁公約》正式生效，我國(guó)作為締約國(guó)，從2020年起將禁止生產(chǎn)及進(jìn)出口含汞產(chǎn)品，傳統(tǒng)紫外光源逐步受限，紫外LED替代傳統(tǒng)紫外光源的市場(chǎng)和新興應(yīng)用即將迎來(lái)爆發(fā)式增長(zhǎng)，其意義并不亞于半導(dǎo)體冷光源代替白熾燈的意義。

紅外檢測(cè)是繼安防及遙控應(yīng)用以來(lái)的新興市場(chǎng)，工業(yè)檢測(cè)技術(shù)核心在于紅外光譜設(shè)計(jì)、高可靠性光源及精確算法匹配實(shí)現(xiàn)，未來(lái)隨著長(zhǎng)波段紅外光電轉(zhuǎn)換效率提升，紅外LED替代現(xiàn)有激光光源應(yīng)用檢測(cè)類(lèi)領(lǐng)域具有廣闊的市場(chǎng)前景。

可見(jiàn)，無(wú)論全光譜健康照明，還是基于光譜的創(chuàng)新應(yīng)用功能照明，對(duì)于功能光譜的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、產(chǎn)業(yè)化能力是體現(xiàn)行業(yè)企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的重要方面。一些中國(guó)企業(yè)正在發(fā)起并參與標(biāo)準(zhǔn)制定，走在行業(yè)前列。

貼片大功率、陶瓷大功率單顆光源將是未來(lái)非功能性照明發(fā)展的重點(diǎn)。隨著LED器件的小型化，以及車(chē)用照明由傳統(tǒng)的鹵素?zé)艋螂瘹鉄粝騆ED燈轉(zhuǎn)變，LED的功率也在朝大功率化發(fā)展。大功率LED不僅可應(yīng)用于戶(hù)外照明、移動(dòng)照明、還逐步向汽車(chē)照明、舞臺(tái)照明、體育場(chǎng)館、手機(jī)閃光燈等領(lǐng)域滲透，全球大功率LED市場(chǎng)占有率逐年提高，而單顆EMC大功率封裝、陶瓷封裝光源是實(shí)現(xiàn)高亮度、高穩(wěn)定性大功率LED的必需品。

LED封裝工藝仍是半導(dǎo)體照明器件制造的質(zhì)量核心。當(dāng)前國(guó)內(nèi)共有規(guī)模以上LED封裝企業(yè)約2000余家，其中2/3分布在珠三角地區(qū)。由于受到成本壓力，很多企業(yè)對(duì)提升封裝質(zhì)量關(guān)注不夠，比如一些鍵合引線以合金線為主的產(chǎn)品，大多用于低端應(yīng)用。而有的企業(yè)能夠在控制好成本的前提下，通過(guò)先進(jìn)封裝工藝與99.99%純金鍵合引線結(jié)合，則可進(jìn)入對(duì)可靠性要求較高的中高端應(yīng)用領(lǐng)域。

受全球經(jīng)濟(jì)下行、中美貿(mào)易爭(zhēng)端和新冠肺炎疫情等不確定性因素影響，未來(lái)LED封裝行業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)將進(jìn)一步加劇，但是，我們看到許多中小型封裝企業(yè)憑借對(duì)通用健康照明和創(chuàng)新應(yīng)用領(lǐng)域的深入理解，深耕功能性照明領(lǐng)域，獲得穩(wěn)健的成長(zhǎng)，逐步發(fā)展成為具有專(zhuān)精特新的特色化企業(yè)，并引領(lǐng)了功能性照明的細(xì)分領(lǐng)域和方向。未來(lái)隨著高端市場(chǎng)逐步進(jìn)口替代及創(chuàng)新應(yīng)用領(lǐng)域的規(guī)模擴(kuò)大，該類(lèi)中小型企業(yè)將會(huì)迎來(lái)更大的發(fā)展機(jī)遇。

編輯：jq