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硅衬底LED技术有望打破美日专利垄断
时间:2016-01-25   信息来源:网络    阅读次数:632
       2016年1月8日,国家科学技术奖励大会在北京人民大会堂隆重举行,由南昌大学、晶能光电(江西)有限公司、中节能晶和照明有限公司共同完成的“硅衬底高光效氮化镓基蓝色发光二极管项目”荣获国家技术发明一等奖。项目主要完成人包括晶能光电联合创始人、南昌大学副校长江风益教授,晶能光电副总裁孙钱博士,晶能光电联合创始人、CEO及晶和照明创始人王敏博士等人。
目前,全球LED产业规模呈快速增长之势,据预测,到2020年全球LED照明市场将达到1000亿美元,已形成美国、欧洲、亚洲三足鼎立的产业分布与市场竞争格局,其中亚洲以日本、韩国、中国为主。
        国际上现有三条LED照明技术路线,分别是蓝宝石衬底、碳化硅衬底和硅衬底氮化镓基LED技术(以下简称硅衬底LED技术)路线。目前,第一条蓝宝石LED技术路线是产业界采用的主流技术路线,第二条碳化硅LED技术路线属“贵族”路线。这两条技术路线的核心发明专利分别被日、美等国垄断,对我国LED产业发展形成专利壁垒。
       我国LED照明产业起步较晚,但是发展迅猛。目前全球70%的LED照明产品在中国生产制造,我国LED生产企业数量在2万家以上,然而销量却未与之形成正比。
       “2010年以后,国内开始发展LED产业,市场主流是引进蓝宝石衬底技术的方式,但是国外专利体系完备,形成了专利封锁线,国内产品很难往外面卖,国外产品在国内利润又很高。”晶能光电(江西)有限公司外研中心副总裁付羿博士说。
        瞄准硅衬底LED技术寻求突破
        虽然我国是LED制造大国,并已进入LED产业的繁荣时期,但繁荣背后却是多数企业和资本的低效率。归结原因,主要是我国90%以上的LED生产企业均在跟踪模仿国外的技术,大部分企业缺少核心专利技术及品牌,同质化严重,通过拼价格、拼规模、拼投资,在中低端照明市场挣扎。
        一边是日本的蓝宝石衬底,一边是美国的碳化硅衬底,市场布满了LED巨头精心埋下的专利地雷,如何在重重夹击和垄断中突出重围另辟新径?江风益教授的研发团队从2003年开始,就瞄准了硅衬底LED技术。
        据了解,硅作为一种衬底材料,与蓝宝石和碳化硅相比,具有低成本、大尺寸、高质量、能导电等优点,被认为是业界梦寐以求的生长氮化镓蓝光LED的衬底材料。采用硅衬底技术的LED芯片散热好,产品抗静电性能好、寿命长,可承受的电流密度高,适用于大功率LED照明,且由于硅芯片的单面出光,光指向性好、光品质好的特点,使其在LED手机闪光灯、汽车照明、高端室内照明等对光品质及方向性要求更高的领域极具优势。
        “南昌创造的硅衬底LED技术诞生,相当于在全球范围发明了一种新的光源,改变了全球LED产业格局,使得中国拥有了国际上第三条LED照明技术路线。”江风益教授告诉记者,硅衬底LED技术使我国这一产业从根本上避开了与蓝宝石衬底、碳化硅衬底两条技术路线发生专利纠纷。
        攻克世界难题点亮“中国芯”
        “我们开始做的时候,美国IBM公司30年前就做了,IBM是一个世界性的公司,他们有的是人力物力财力去做这件事,但没有做成,放弃了。在这种情况下,我们把这个技术捡过来,继续做。”江风益教授说。
        在硅上制备高光效GaN基LED一直是学术界梦寐以求的目标。然而由于硅和GaN巨大的晶格失配和热失配导致的外延膜龟裂、晶体质量差,以及衬底不透明导致的出光效率低等问题长期未能解决,致使业界普遍认为,在硅上制备高光效GaN基LED是不可能的事,硅衬底GaN基LED路线几乎被判“死刑”。
        经过数千次实验,南昌硅衬底LED项目技术研发团队终于在国际上率先攻克了这一世界难题。同时,在晶能光电每年8000万元以上研发经费的推动下,所生产的硅衬底LED产品各项指标在同类研究中均处于国际领先水平,并与前两条技术路线持平。目前,晶能光电围绕硅衬底LED技术已经申请或拥有国际国内专利330多项,已授权专利147项,其中国际专利47项。
        “当时国内外几十家在做,我们比较幸运,从跟踪到跨越,很快就突破了里面的关键技术,突破了人家30多年没有解决的问题。”江风益教授说。从2003年开始,经过一年多技术攻关,硅衬底LED取得突破性进展,开发了硅衬底氮化镓基LED材料与器件技术;2005年实验室出产品,点亮中国“芯”,打破日美垄断,形成全球LED技术三足鼎立局面。
        影响
        技术创新打破国外企业对高端市场垄断
        我国LED产业目前存在“大而不强”的缺陷,尽管企业数量众多,但竞争力较弱。归根结底,企业要靠内在的技术创新,通过内涵增长,才能真正做强。
        江风益教授和晶能光电CEO王敏进行了一条寻找资金把实验室里的项目进行产业化的道路,成立由金沙江创投、亚太资源、Mayfield、淡马锡等多家著名的投资机构共同投资的晶能光电(江西)有限公司,致力于打造我国具有自主知识产权的硅衬底照明LED产业链,形成核心竞争力。打破国外企业对高端市场的垄断,成为我国LED产品进入高端市场的突破口。
        作为目前为止全球唯一一家量产硅衬底LED芯片的厂家,晶能光电不断优化工艺,提升产品性能,生产的硅衬底大功率LED芯片性能与国际主流厂商相当,并成为大中华区最大的大功率LED芯片和大功率陶瓷封装LED生产厂家。
        自2012年以来,晶能光电开启了“逆袭”之势,在国内大部分LED企业利润严重下滑的市场背景下,保持30%的毛利,销售收入连续三年近100%的增长。2012年开始满产满销,2013年收入3300万美元,2014年6099万美元。
        目前以硅衬底LED技术为基础,以晶能光电为核心,通过产业链上、中、下游垂直整合,在全国已形成拥有12家企业的硅衬底LED产业链,初具集群规模,辐射带动效应明显。2014年全产业链实现产值20亿元,2015年预计可达50亿元,未来三年可形成百亿产值规模。
        实现我国LED产业“引进来”和“走出去”
        如今,硅衬底LED技术也成为我国LED产业对外合作的窗口,实现我国LED产业“引进来”和“走出去”。据介绍,全球LED产业已进入大整合时期,国外优秀的LED企业或有品牌,或有渠道,或有专利技术,或有人才,我国LED企业应积极将这些企业引进来“为我所用”。
        2015年,晶能光电股东金沙江GOScale并购基金牵头,在晶能光电的支持下,联合中国投资有限责任公司、南昌工业控股集团有限公司、亚太资源开发投资有限公司等组成的财团,在江西省委省政府、南昌市委市政府的大力支持下,成功收购飞利浦LUMILEDS(亮锐)80.1%的股权,交易价值约33亿美元。
       与此同时,随着我国“一带一路”战略深入实施,沿线国家的LED照明市场对我国LED企业来说是一个重大机遇。但同时,产品专利问题将突显。硅衬底LED应用产品可为出口企业免除专利纠纷的困扰,为出口保驾护航。
       当前,江西省委、省政府正在实施创新驱动发展战略,作出了打造“南昌光谷”、发展LED全产业链的决策部署,南昌LED产业迎来了历史性发展契机,晶能光电作为核心企业将在其中发挥龙头和领头羊的作用。
 
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