LED行业技术开发基地报告要点

福建省LED照明与显示行业技术开发基地报告要点一、 行业技术开发基地的作用1. 建设背景-源于市场需求 以发光二极管（LED）为核心的半导体照明是21世纪最具发展前景的新兴高技术领域之一，半导体照明光源具有节能、环保、安全、易驱动、体积小、寿命长、色彩丰富、性能可靠等显著优点。无疑，LED将成为人类照明史上继爱迪生发明电灯之后最重要的一次革命。2014年借着LED照明获得诺贝尔物理学奖的东风，LED将迎来新一轮的快速发展期，将朝着更高光效、更高可靠性、更低功耗、更低成本、更智能化方向发展。 图1 LED照明获得诺贝尔物理学奖将迎来新一轮的黄金发展期据统计，近几年来全球LED市场一直保持着20%左右的快速增长，2014年全球光电产业总产值5766亿美元，台湾地区光电产业产值约占12%，为674亿美元。全球照明产品的市场规模从2007年的1956亿美元增长至2013年的3784亿美元。其中LED照明所占百分比逐年增加，预计到2018年将达到8.4%。十年来中国照明产业快速成长，产业规模得到最大化扩张。据LEDinside最新发布的2015全球LED照明市场趋势报告显示，2015年全球照明市场规模将达到821亿美金。其中LED照明市场规模将达257亿美金，市场渗透率为31%。预计近几年，LED市场将维持约25%的增长。图2 全球照明市场规模及LED照明市场规模(亿美元)和渗透率2. 福建省LED照明与显示行业现状 2004年4月，厦门成为首批四个国家半导体照明工程产业化基地之一。 以厦门、福州为中心，与台湾LED产业进行全面对接，有力促进了台湾光电产业向海峡西岸的转移，正在建设全国乃至东南亚地区具有区域优势的LED产业基地。 2013年厦门被科技部评为全国半导体照明领域仅有的2家A类基地之一，LED产业总产值达450亿元，近十年来增长率一直稳居30%以上。 LED是我省十二五战略性新兴产业发展重点，该产业的集群效应逐渐凸显，已成为福建省新的经济增长点之一。2014年福建光电总产值达到2060亿元。 经过近年来的布局和发展，福建省LED照明与显示产业的集群效应逐渐 凸显，已成为福建省新的经济增长点之一。在福建省“十二五”信息产业发展专项规划中，提出重点培育包括新型光电显示、LED照明等在内的光电产业集群。“十二五”期间，福建省将LED照明与显示等光电产业作为重点发展的新的支柱产业。以厦门和福州为重点，以LED照明与显示及太阳能光伏为桥梁，与台湾相关光电产业进行全面对接，有力促进了台湾光电产业向海峡西岸的转移，建设了全国乃至东南亚地区具有比较优势的光电产业基地。福建省政府于2014年下达福建省人民政府办公厅转发省信息化局关于福建省推广应用LED照明产品若干措施的通知，大力推广LED在照明光源中的应用比重。力争到2015年底前，新建照明工程普遍使用LED照明产品，已建照明工程基本完成照明产品改造。通过实施LED照明工程，到2015年，实现本地区同比口径下照明节能（电）50%以上。在福建省政府的宏观政策推动下，我省的 LED 市场容量已经较为庞大，并且存在巨大的提升空间。3. 厦门市LED光电产业现状厦门的光电产业已经形成完整的产业链条，2014年总产值1162亿元，到2018年可实现总产值2500亿元以上 。图3 厦门市LED光电产业现状4. 厦门市LED主要企业厦门LED产业基地具备全产业链生态模式实现良性发展图4 厦门市主要LED光电企业5. 台湾省LED产业单位（部分） 台湾的LED产业发展与大陆和海峡西岸的LED产业能够实现全面对接和优势互补，企业之间、科研机构之间都能良好合作，共同培养好LED这一朝阳产业，实现两岸LED产业共同繁荣。 图5 台湾主要LED光电企业6. 两岸合作发展前景 进一步开展深层次的合作，统筹协调，提高效率,需要加快推动两岸在标准、研发、专利等方面的实质性合作，实现两岸优势互补，打造华人共同品牌。图6两岸半导体照明合作项目工作会议7. 福建省LED光电产业存在问题 LED照明和显示产业是知识密集、技术要求高、多学科交叉的产业。我们应该清醒地认识到福建省工业基础相对较为薄弱，高端产品和领军人才缺乏。在现有的条件下，大多数企业无论是从资金上还是技术上，都难以完成大规模的研发和应用推广。我省的LED照明与显示产业可持续发展的技术支撑还不够强，加上力量分散导致研发支撑力度不足，产业资源不能优化集聚，产业格局急需整合，商业推广模式需要进一步探索，技术服务支撑体系尚未建立。这些原因导致我省的光电产业规模还不够大，产品的技术档次还不够高，国际竞争力还不够强。为此，亟需采取“政府支持，独立运作，服务社会”的方式，规划、建立一个服务于海峡西岸的LED照明与显示产业基地，提升LED照明与显示相关产品的质量和整体竞争力，促进台湾光电和电子相关产业向海峡西岸的转移。存在主要问题： 产品主要处于中低端。 产业链不够完整，产业集聚力有待增强。虽然已建设了检测平台，但对产品研发过程的检测分析、仪器计量方面的支持不足。 研发能力偏弱，高端人才培育不足。产品开发范围偏窄，对产品研发过程中的技术支撑不足。 新技术新产品储备较弱，对新产业的技术支撑如OLED，AC-LED的反应较慢。二、 基地条件和能力1. 平台构成本产业技术开发基地的建设将主要依托厦门大学物理与机电工程学院进行建设。厦门大学是国内最早设立半导体专业的五所高校之一，是国内最早设立半导体物理与器件物理博士点的单位之一，也是国内高校最早建立发光物理教研室。在国家“985”和“211”重点建设经费支持下，厦门大学在光电和电子领域拥有一支高水平、专业化的技术力量，并拥有价值约1亿5千万元的光电和电子领域研发设备。近年来，厦门大学光电和电子学科的发展为厦门大学物理学、材料科学进入全球ESI（基本科学指标数据库）世界前1%作出了重大的贡献。表1为依托单位厦门大学物理与机电工程学院在光电领域的科技创新平台，表2为依托单位对LED照明和显示产业的学科支撑。图7平台构成图表1 依托单位在光电领域的科技创新平台序号依托单位的相关科技创新平台名称级别1教育部微纳光电子材料与器件工程研究中心部级2福建省半导体照明工程技术研究中心省级3福建省集成电路设计工程技术中心省级4福建省半导体材料及应用重点实验室省级5厦门市半导体照明检测认证中心(与厦门市产品质量监督检验院共建)市级6厦门市创新方法工程技术研究中心市级7厦门市光伏产业研发与公共检测平台市级表2 依托单位在光电领域的学科支撑类别学科名称国家重点学科凝聚态物理博士后流动站电子科学与技术、仪器科学与技术、物理学、信息与通信工程一级学科博士学位授权点电子科学与技术、仪器科学与技术、物理学、信息与通信工程、机械工程硕士学位授权点工科：微电子学与固体电子学、物理电子学、电磁场与微波技术、光伏工程、精密仪器及机械、机械电子工程、仪器仪表工程、电气检测技术及仪器、光学工程工程硕士：仪器仪表工程、电子与通信工程福建省重点学科电子科学与技术(优势学科培养)、仪器科学与技术(特色)、物理学(特色)、信息与通信工程2. 行业基地总体情况 基地的前世 1957年，厦门大学与北京大学等五校联办半导体专门化，厦大也是全国最早开设半导体发光专业的高校。 基地的今生 2006年10月，经省科技厅批准筹建“福建省半导体照明工程技术研究中心”，随后 福建省政府出台了福建省促进LED和光伏产业发展的实施意见，旨在促进福建省LED及其相关产业的提升和发展，本中心就是在这样历史背景下建设。3. 目标定位 目标：国内一流 瞄准国际LED照明与显示领域的热点和重点问题，结合国家LED产业发展的需要，建设国内一流的半导体照明（LED）材料和器件及其检测技术的研发平台。 立足：服务海西 本基地主要服务于海峡西岸LED照明与显示企事业单位，重点服务福建省LED产业链所遇到的工程和技术问题，为福建省半导体照明相关产业的可持续发展提供公共研发和检测平台。 强调：产学研结合 积极承担LED相关的“863”计划、科技支撑计划以及福建省和厦门市重大科技和产业项目外，注重企业的实际需求，共同技术攻关。 4. 基地总体情况 厦门大学在985工程一期就投入2000多万元人民币成立“半导体光子学研究中心”。于2005年购买了一台进口MOCVD设备和相关设备，作为GaN基材料和器件的研究工作。211工程第二期再投入1100万元，完善这一器件工艺线，其中用于购买的X射线衍射仪用于对生长得到的晶体质量进行分析，进口ICP刻蚀机用于GaN基LED器件管芯的制备工艺等等。985工程二期投入6000多万元人民币主要用于半导体器件的研究设备，主要是用于半导体材料生长和器件工艺及材料和器件的测量分析。其中主要包括：电子束蒸发设备，进口AFM，扫描式电子显微镜，紫外可见分光光度系统，紫外分光光度计，共聚焦显微拉曼谱仪，阻抗测量系统，薄膜厚度测试仪，光学多道CCD光谱系统，YAG脉冲激光器，皮秒级荧光寿命分析系统，氦镉激光器等。 图8 MOCVD设备和相关设备 于2007年成立的福建省半导体照明工程技术研究中心，建立了国内先进的半导体照明产品综合检测与研发平台，具备国际上一流的LED器件光学，电学，热学测试系统。为本开发基地的研究提供了良好的测试分析条件，已具备完成材料生长、器件工艺和测量分析的实验条件。 图 9 半导体照明产品综合检测与研发平台 LED检测国家资质认证公共检测和分析支撑LED技术标准工作组图10 资质认定能力图11领军人才三、 基地创新能 力1. 技术开发能力我们注重功率级半导体照明（LED）关键技术和重要科学问题的原创性研究，开展高效LED材料外延、器件工艺与结构优化、检测与质量控制研究，探索提高功率级LED器件量子效率的有效方法，促进其在照明中的应用。2009年，我们成功开发出具有自主知识产权的新结构瓦级LED芯片，该技术通过连续改变有源层的量子阱区生长温度的方法获得渐变In组分的InGaN多量子阱结构，有效地提高了芯片的发光效率、波长稳定性、可靠性和寿命。该系列研究成果发表后得到国际同行的广泛重视和高度评价，如国际知名半导体技术网站Semiconductor Today对该成果进行了专题报道。我们在紫外LED研究方面也取得了突破性进展。我们成功制备了量子点高度仅为1 nm的高密度六棱台状GaN/AlN量子点，突破了高Al组分AlGaN材料中强极化场的制约，将紫外发光内量子效率提高到62%。并将量子点作为紫外发光器件的有源层，成功实现了波长短至308 nm量子点紫外电致发光，提高了器件工作波长的温度稳定性，即使把芯片温度升高到293 C，其电致发光峰位仅红移了0.56 nm。该研究成果为未来高效率紫外乃至深紫外光源的开发奠定了基础。为了有效抽取AlN基半导体所发射的深紫外光，首次引入厚度仅2-3个GaN分子的超薄层，形成超薄GaN/AlN超晶格量子结构，既有效地补偿了AlN晶体的各向异性，又可通过层间的失配应力维持深紫外区间的宽带隙，实现了光学各向同性深紫外光波导材料的开拓性工作。相关成果已发表在Scientific Report和Laser & Photonics Reviews上。石墨烯研究方面也取得了重要进展。可以通过层数，以及层间旋转角度来调控石墨烯热导率，不仅在芯片制冷、低维热控制领域有着潜在的应用前景，同时为发展新的二维热输运理论提供了重要的实验依据。成功地研制出石墨烯场效应晶体管，拓宽了石墨烯在微电子器件制造领域的应用。相关成果已发表在Nature Materials、Small、ACS Nano等国际高水平杂志上。图 12 紫外LED和石墨烯研究作为LED产业的技术服务支撑，我们已开发了多套LED相关检测设备。如光电探测器绝对光谱响应仪器，大大拓展了原有设备的测试范围，利用控温的LED光源光谱，调节输入电流大小获得不同的光照度，对于带有放大电路的探测器，不容易出现饱和现象。给测试带来了灵活性。并且降低了成本。目前在研的LED寿命加速测试系统能大大缩短LED寿命测试时间，提高效率。目前已获得多项发明专利、实用新型专利及软件著作权。光电探测器绝对光谱响应测试仪器光电探测器绝对光谱响应测试仪器图13已开发的LED相关检测设备在LED显示屏检测方面，我们建立LED全彩显示屏全屏亮度、色度检测与质量控制系统高精度的校准系统，实现LED全彩屏模组在线自动检测图14 LED全彩屏模组在线自动检测及产业化技术2. 产学研合作与成果转化我们积极开展与同行企业的技术交流合作与推广，联合攻关技术难题，推动成果转化。2012与厦门强力巨彩光电科技有限公司合作成立“厦门大学物理与机电工程学院强力巨彩光电联合实验室”。合作的福建省科技厅“LED全彩屏模组在线自动检测及产业化应用”产学重大项目以及福建省发改委产业技术研究开发项目“高可靠性超薄灯驱合一LED大屏幕全彩显示屏在线自动测试系统及产业化技术”获得可喜成果并实现产业化。项目技术在技术工艺等多方面创新，技术水平达到国内领先水平，项目成果2012-2013年度累计实现产值超4.1亿元，创税1064万元。该项目获得2014年福建省科学技术进步奖一等奖和2014年厦门市科学技术进步奖二等奖。 以本基地作为技术和人才支撑，有力支持厦门市产品质量监督检验院建设“国家半导体发光器件（LED）应用产品质量监督检验中心”，本基地积极申报国家、省、市等纵向和横向相关科研和开发项目。近年来中心共承担国家863计划、国家科技支撑计划、国家自然科学基金、福建省和厦门市重大重点专项、福建省自然科学基金以及企业开发项目等130余项，到位经费约8000万元。在福建省如由陈忠教授等主持的福建省产学重大科技项目“大功率LED照明芯片的封装和检测关键技术与产业化”（与厦门华联电子有限公司合作）、“LED全彩屏模组在线自动检测及产业化应用”以及福建省发改委产业技术研究开发项目“高可靠性超薄灯驱合一LED大屏幕全彩显示屏在线自动测试系统及产业化技术” （与厦门强力巨彩光电科技有限公司合作），均获得50万元资助。与德国达姆施塔特工业大学联合申报的科技部国际合作项目“LED照明现场检测方法及评价”已获94万元资助（与厦门市产品质量监督检验院、福建鸿博光电科技有限公司）。本基地的发明专利“GaN基多量子阱结构的高亮度发光二极管及其制备方法”已经在马鞍山圆融光电科技有限公司投入研发，该公司是国内专业从事全色系发光二极管外延片、芯片的研发、生产和销售为一体的高科技企业，荣获2011年度最具投资价值企业。该技术已投入产业化生产。图14产学研合作简图3. 产学研成果（部分）图15 科技转化自主产品个案图片图16 授权发明专利53项，实用新型专利28项图17软件著作权18项图 18 近年来获得省市科技进步奖和技术发明奖情况四、 LED行业技术服务能力1. 发展方向和目标(1) 积极开展LED照明行业前沿课题研发。重点开展LED材料、器件、应用等共性技术的研发，包括高效大功率LED、深紫外LED，为LED产业的发展提供方向性指导。重视那些尚未开辟的应用新领域以及目前技术尚未成熟或成本太高、应用条件还不成熟、但前景广阔的项目。形成一些重要的技术储备，一旦时机成熟，就可以打破国外的技术垄断，占领中高端市场。UV-LED高效石墨烯散热材料高效LED(2) 重视拓展LED在智能照明和显示领域应用的研究。智能照明是LED照明发展最为引人注目的领域，着重解决LED电源模块、调光模块和多模无线通信技术等关键技术；积极开展与智能化家电、物联网家电和多功能家电等新技术的融合，提高企业高端、高附加值产品的创新。LED在显示领域具有很强的技术优势和市场竞争力，其市场前景十分广阔。我们将加强LED显示的应用技术研究，重点解决企业急需的产品研发和生产过程中的技术问题，开发符合市场需求的应用新产品、新系统。(3) 相关测试技术、测试设备及应用软件的开发。开展光学检测、微机电系统等先进技术和仪器的研发，把本基地对LED相关检测方法与技术的研究成果整合到测试设备及应用软件的开发中，在LED光、电、色、热综合测试、LED路灯测试、LED寿命测试等方面开发出独具特色，拥有自主知识产权的测试设备或应用软件。综合检测技术芯片均匀性检测技术LED寿命测试系统LED灯具空间分布系统LED热阻结温荧光粉检测技术(4) LED标准和检测分析。主动参与国际或地区的光电产品相关标准和检测方法的研究和制定，争取获得权威的国际认可的检测实验室，以提高我省光电产业的整体技术水平、标准化水平和产品质量水平。在重视终端产品质量检测和认证服务的基础上，应逐步将先进的检测方法引入到研发和生产过程，实现技术服务开放共享，从而为企业在产品研发和生产过程中提供更全面检测和分析服务，从而缩短企业的研发周期，并保障产品的质量。2. 服务对象和范围 (1) 人才培养、对外技术合作和资源共享。平台有一支由教授及工程技术人员组成的研发和人才培养团队，与相关企事业单位合作，培养光电行业急需的中高级研发人员与技术力量。同时就LED照明与显示技术发展前沿技术难题、热点问题共同开展合作研究与技术攻关，达到双赢的目的。 资源共享方面，包括共享资源平台建设、共享仪器资源发布、共性技术发布、加工与检测。该平台由网络构成，在网络上定期发布平台中提供对外服务的设备名称、功能、使用情况、可以提供的服务等。依托平台的设备和技术优势，委托完成关键部件设计与制造、电路设计与调试，立项项目咨询，前期产品研发市场分析与调查。积极促进平台技术服务与开放共享，促进企业产品和技术的升级换代，为福建省光电企业提供技术支撑。主要面向福建省及海西地区的半导体照明企业和相关科研院所。合作研究光电信息材料与器件、LED照明和显示等行业共性技术和关键技术问题。开展测试服务和技术支撑。(2) 与企业、政府三方交流协作。建立本基地和周边LED照明与显示企业信息交换的机制，积极开展交流对话。通过市场机制实现技术转移和扩散，为省内LED照明中小企业提供成熟的先进材料、技术、工艺及其技术产品和装备。每年定期以开展学术会议和研讨会的形式，进行调研和研讨，提出照明行业共性和关键技术，向主管部门申报属于行业共性和关键技术的科技开发和产业化项目，利用本基地与国际先进科研团队的联系优势，组织协调基地内外，国内外专家开展科技攻关。本基地的科研团队负责收集国内外LED照明以及相关行业的最新科研成果，直接推介或通过本基地创新平台的消化吸收和技术集成后推介给 LED企业，为企业的技术创新和成果转化服务。为LED行业提供发展战略报告，成为行业主管部门的参谋和连接LED照明与显示产业和科技的桥梁。与企业、政府三方交流协作，促进研究成果转化。培养半导体照明与显示专业人才。推动行业升级及健康发展。3.组织体系运行机制1组织机构实行主任负责制，由1名主任和2名副主任组成一个高效、精干、团结的领导班子。基地专职研发人员约30人，并成立由79名专家组成的技术委员会作为中心的技术咨询机构。基地的主要仪器设备由专门的技术管理人员负责，基地的日常事务性工作由专职管理人员负责，并负责与省经贸委对接、基地运行工作。实行开放、合作、流动机制，积极探索工程中心市场运作和管理机制，积极开展与国内、外技术交流与合作。2管理模式基地依托厦门大学物理与机电工程学院建设，接受省经贸委的监督与指导。技术委员会负责基地的总体规划；基地主任负责基地总体管理；由专门的技术管理人员负责基地的主要仪器设备管理与操作；由专职管理人员负责基地的日常事务性工作，并与省经贸委对接、基地运行工作以及与企业的产学研对接工作。财务按学校规定专门设帐，专款专用，接受上级部门财务监督。基地内的各合作企业主要是以各自企业成功模式进行自我管理、自我监督、快速发展，有效地将科研单位的科研技术产业化和工程化，以提升企业的核心竞争力和区域的影响力。技术开发基地的合作单位之间将平等互信、长期合作和互利共赢，并有权分享协同所取得的知识产权及其收益权，排名先后及分享比例按照单位及所属人员贡献的大小进行排序或者协商确定。科学研究项目实行统一组织、统一申报、统一管理。基地主任组织协调项目申报、指导和监督项目研究，研究团队联合申报、合作完成研究内容。取得的科学研究成果由各单位及外围协同单位（个人）贡献者共同所有，署名顺序遵循国际通行学术规则。联合攻关取得的系列成果，积极协同申报国家科技成果奖励。提倡先进的科学文化，倡导于研究方向下的自由学术研究氛围，建立符合国际惯例、利于协同创新的中心科研文化。坚持“世界一流，国家急需”的目标导向，强化任务牵引，鼓励创新，允许自由探索，宽容失败；营造学科交叉与传承创新的学术氛围，坚持严谨求实和厚积薄发的研究风格，发扬尊长扶幼和谦让协作的团队精神，推崇崇尚卓越和相互欣赏的创新文化，着力引导包容兼蓄、和谐有序的人才成长环境。大力倡导拼搏进取、敬业奉献、求真务实、团结合作的精神风尚。支持基地研究人员自主主持安排的定期无约束性学术报告。3经费情况（如何筹措建设资金）基地主要通过申请国家、省、市各级科研项目经费，与企业共同申请政府项目经费，与企业之间广泛合作获得企业相关资助，技术成果转让等多种途径争取经费以实现技术开发基地的可持续良好发展。财务按学校规定专门