LED发展前景

中国LED产业发展前景分析
随着全球LED市场需求的进一步加大，未来我国LED产业发展面临巨大机遇。然而，目前LED核心技术和专利基本被国外垄断，国内企业在"快乐"中"痛苦"前行--
2008年，北京奥运会开幕式上，神奇的“画卷”彩屏出自中国金立翔科技有限公司；
2009年，国庆60周年阅兵式，天安门广场上的巨幅彩屏出自中国利亚德电子科技有限公司；
2010年，上海世博会开幕式上，1万平米的半导体发光二极管（LightEmittingDiode，下称LED）大屏幕出自中国锐拓显示技术有限公司……
在这一个个看似风光无限的企业背后，隐藏着中国LED产业发展的巨大隐患。记者采访发现，目前，全球LED领域的技术和专利，一半以上被美、日、德等发达国家的少数大公司所占有。这些专利多为核心技术专利，国内企业尤其是中小企业很难寻找到突破口。此外，这些国外企业已在全球，尤其是中国，精心部署了专利网，犹如头悬一柄达摩克利斯之剑。我国LED产业要想取得长远发展，必须突破这些专利的层层包围。
现状
发展迅速，但企业规模偏小，产业链不完整
作为目前全球最受瞩目的新一代光源，LED因其高亮度、低热量、长寿命、无毒、可回收再利用等优点，被称为是21世纪最有发展前景的绿色照明光源。我国的LED产业起步于20世纪70年代，经过近40年的发展，现已形成上海、大连、南昌、厦门、深圳、扬州和石家庄7个国家半导体照明工程产业化基地，产品广泛应用于景观照明和普通照明领域，我国已成为世界第一大照明电器生产国和第二大照明电器出口国。
然而，LED产业研究机构--集邦LED中国在线（LEDinside）的一份统计数据显示，截至2009年底，我国共有LED企业3000余家，其中，年产值上亿的只有140家。然而，在这140家企业中，没有一家企业的产品年销售额超过10亿元，超过5亿元的也只有少数几家，大部分在1亿元至2亿元之间。可见，虽然我国LED企业数量较多，但规模普遍偏小。
记者在国内随机选择了一家LED企业进行采访。广东东莞勤上光电股份有限公司（下称勤上光电）创建于1993年，是国内较早从事LED产品生产的企业，并与清华大学共同组建了LED照明技术研究院，国内许多项目如国家大剧院照明、北京绿色奥运道路照明、上海F1赛车场照明、清华大学奥运场馆照明等都出自该企业。然而，就是这样一家国内LED产业发展的“探路者”，在遭遇日本、美国、德国的专利“围堵”时，也不得不绕道以避之。
“勤上光电的研发主要集中在下游的应用领域，在上、中游的研发投入相对较少。这主要是因为，国外大公司和我国台湾的一些企业已经垄断了大部分LED核心技术，国内企业只能把目光转向技术含量较低的下游应用市场。”勤上光电知识产权专员万伟在中国知识产权报记者采访时，对国内LED企业的现状直言不讳。
据记者了解，目前全球已初步形成以亚洲、北美、欧洲三大区域为中心的产业格局，以日本的日亚化工、丰田合成，美国的克里、通用电器和德国的欧司朗为专利核心的技术竞争格局。美、日企业在外延片、芯片技术、设备方面具有垄断优势，欧洲企业在应用技术领域优势突出，而我国的LED还处于较低端的水平，80%左右的产品集中在景观照明、交通信号灯等应用市场，在汽车照明、大屏幕等高端产品方面涉及的比较少。
症结
缺乏核心专利，产学研合作松散
“来自日、美、欧的五大国际厂商代表了当今LED的最高水平，对产业发展具有重大影响。这种影响不仅体现在产品和收入上，更重要的是对技术的垄断，50%以上的核心专利都掌握在这五大厂商手中。”一位业内分析师向本报记者介绍。
随着国内LED市场的蓬勃发展，越来越多的国外企业把目光转向中国，尤其近几年，我国受理的LED领域的专利申请数量逐年显著增加。记者在国家知识产权局发展研究中心提供的一份《半导体照明专利风险分析研究报告》中看到，截至2008年底，全球已有22个国家和地区在我国申请了专利，技术优势明显的国家在我国的专利申请比例较高，排名前五位的国家分别是日本、韩国、美国、德国和荷兰。其中，日本以1306件专利申请的数量遥遥领先，占申请总量的24%，其余四国分别占申请总量的7%、5%、4%、和3%。
在有效专利方面，国内专利申请与国外来华专利申请的比例约为4比5。但在这些国内专利申请中，台湾地区占据了大量的份额，其有效发明专利占到了53%。换句话说，如果除去台湾地区，大陆与国外在专利数量、专利含金量方面的差距将会更大。
此外，从产业链的分布来看，国外公司主要在芯片、封装领域的专利布局较多，有一半的LED核心发明在我国提出了专利申请，日亚化工、欧司朗、拉米尔德、克里、通用电气等公司掌握了绝大多数的核心专利技术。其中，日亚化工的核心专利最多，涉及除封装外的所有产业链。
与上述外国公司相比，我国LED专利申请明显处于劣势。据高工LED产业研究所调查，截至2008年底，中国的LED相关专利申请共26071万件，其中处于产业中游和下游的封装与应用方面的专利接近50％。尽管我国在电极、微结构、反射层、衬底剥离/健合等方面具有一定优势，但大多属于外围专利，发明专利只占60％，且通过《专利合作条约》（PCT）途径提交的国际专利申请和向国外申请的专利不多。
据了解，我国LED行业除了核心技术竞争力不强之外，产学研结合比较松散也是制约其发展的主要因素。我国的LED专利有很大一部分集中在科研院所，例如，在外延领域，专利拥有量排前三名的分别是中科院半导体所、中科院物理所和北京工业大学；在芯片领域，排前三位的分别是中科院半导体所、北京工业大学和北京大学。与科研院校相比，国内企业申请的实用新型专利较多。
缺乏核心专利、产学研合作松散，已成为悬在中国企业头上的一把达摩克利斯之剑，随之而来的是企业随时面临的专利侵权风险。
“2008年2月，一名美国老妇以专利侵权为由，向美国国际贸易委员会提出申请，要求对日立、三星、东芝等34家企业进行337调查，其中包括广州鸿利光电子有限公司、深圳洲磊电子有限公司等6家中国企业。这一案件为我国LED产业敲响了警钟。”一位业内专家向记者介绍，随着LED市场的进一步扩大，中国企业面临的专利风险将越来越高。
对策
加强自主研发，重视专利的重要作用
北京奥运会、上海世博会等重大赛事活动对LED照明的集中展示让人们对其有了全新的认识，有力推动了中国LED产业的发展。但对国内企业而言，加强自主研发、壮大规模、提高产品质量与技术水平是现阶段的首要任务。
TCL集团股份有限公司知识产权中心专利开发和授权许可部部长王华钧向记者表示：“面对国外公司的‘虎视眈眈’，国内企业更应苦练‘内功’，加大自主创新力度，重点研发能够被市场广泛接受和认可的新技术，并以此为基础，与国外公司展开许可、合作。”
另外，“可以在消化、吸收国外先进技术的基础上，加强模仿创新，通过对竞争对手的核心专利进行改进，提高其技术效果，申请改进型专利，这是规避专利侵权风险的一条有效途径。”国家知识产权局发展研究中心主任毛金生指出。
对此，北京市立方律师事务所律师谢冠斌也表达了相同的看法。他认为，企业要学会合法利用先进技术，跟踪即将到期的专利，签订专利实施许可合同、反垄断许可、交叉许可、授权生产，还可以到专利未覆盖的国家开拓市场。
对于国内企业面临越来越多的知识产权纠纷，尤其是涉外专利诉讼，王华钧建议：“企业在接到跨国公司的专利侵权诉讼时，选择积极应诉才是上策，要学会巧妙运用各国不同的专利制度和法律诉讼程序。”他进一步解释说，以美国为例，利用美国民事诉讼中的证据交换程序，国内企业可以要求原告提供与涉案专利有关的所有技术资料，包括技术秘密。
此外，加强企业与研究机构的产学研合作也是促进我国LED产业快速发展的有效途径。毛金生表示，国内有些研究机构具有一定的研发能力，而有些企业则具有较强的加工制造能力，企业之间、企业与科研机构之间要强化合作意识，促进科研机构的创新成果向企业转移，努力培育一批具有自主知识产权的创新型“龙头”企业。
记者在采访过程中了解到，尽管我国LED产业发展中存在一些问题，但不可否认的是，这一情况目前已有逐渐好转的趋势，而且，我国在衬底、外延、封装以及芯片的部分领域内的优势是不容忽视的，一些科研院所拥有的专利技术世界领先，已经具备了与跨国公司抗衡的能力和实力。
国务院发展研究中心国际技术经济研究所产业安全研究中心主任滕飞向记者表示，我国LED企业的观念在逐渐转变，越来越多的中小企业开始了战略性部署，逐渐重视在知识产权方面的前期积累，学习运用科学技术武装自己，运用专利开拓国内外市场，把一个个“陷阱”变成了良好的市场前景，“有了好的试验田和突破方向，企业应该多总结经验教训，这样才能飞得更高、更远。”
背景链接
什么叫LED？
LED（LightEmittingDiode），中文含义是发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，可以直接把电转化为光，具有体积小、耗电量低、使用寿命长、亮度高、热量低、环保、耐用等特点。主要应用于各种室内、户外显示屏，汽车内部的仪表板、刹车灯、尾灯，电子手表，手机等。
LED产业链包括哪几部分？
LED产业链主要包括4个部分：LED外延片、LED芯片制造、LED器件封装和产品应用，此外，还包括相关配套产业。
一般来说，外延属于LED产业链的上游，芯片属于中游，封装和应用属于下游。上游属于资本、技术密集型的领域，而中游和下游的进入门槛则相对较低。
什么叫LED外延片？
LED外延片生长的基本原理是：在一块加热至适当温度的衬底基片主要有蓝宝石和、SiC、Si上，气态物质InGaAlP有控制的输送到衬底表面，生长出特定单晶薄膜。目前LED外延片生长技术主要采用有机金属化学气相沉积方法。
LED外延片衬底材料是半导体照明产业技术发展的基石。不同的衬底材料，需要不同的LED外延片生长技术、芯片加工技术和器件封装技术，衬底材料决定了半导体照明技术的发展路线。
当前，能用于商品化的衬底只有两种，即蓝宝石和碳化硅，其他诸如GaN、Si、ZnO衬底，还处于研发阶段，离产业化仍有一段距离。
什么是LED芯片？
LED芯片也称为LED发光芯片，是一种固态的半导体器件，其主要功能是：把电能转化为光能，芯片的主要材料为单晶硅。
半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。
什么叫LED封装？
LED封装是指发光芯片的封装，与集成电路封装有较大不同，不仅要求能够保护灯芯，而且还要能够透光。所以，LED封装对封装材料有特殊要求。
LED封装技术大都是在分立器件封装技术基础上发展演变而来的，但却有很大的特殊性。一般情况下，分立器件的管芯被密封在封装体内，封装的作用主要是保护管芯和完成电气互连。而LED封装则是完成输出电信号，保护管芯正常工作，输出可见光的功能，既有电参数，又有光参数的设计及技术要求，无法简单地将分立器件的封装用于LED。
LED封装包括引脚式封装、表面贴装封装、功率型封装等多种形式。
LED应用产品包括哪些？
信息显示。电子仪器、设备、家用电器等的信息显示、数码显示和各种显示器以及LED显示屏信息显示、广告、记分牌等。
交通信号灯。城市交通、高速公路、铁路、机场、航海和江河航运用的信号灯等。
汽车用灯。汽车内外灯、转向灯、刹车灯、雾灯、前照灯、车内仪表显示及照明等。
LED背光源。小尺寸背光源：小于10英寸，主要用于手机、MP3、MP4、PDA、数码相机、摄像机和健身器材等；中等尺寸背光源：10英寸至20英寸之间，主要用于手提电脑、计算机显示器和各种监视器；大尺寸背光源：大于20英寸，主要用于彩色电视的显示屏。
（信息来源：中研网）
2010-08-20

行业主要上市公司：隆基股份(601012);晶澳科技(002459);晶科能源(688223);通威股份(600438);天合光能(688599)等

本文核心数据：光伏发电板块上市公司研发费用;光伏发电相关论文发表数量

全文统计口径说明：1)论文发表数量统计以“solar pv”、“solar
photovoltaic”为关键词，选择“中国”、“论文”筛选。2)统计时间截至2022年8月29日。3)若有特殊统计口径会在图表下方备注。

光伏发电行业技术概况

1、技术原理及类型

(1)光伏发电行业技术原理

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术，其发电原理如下。

(2)光伏发电种类

光伏发电一般分为两类：集中式发电和分布式发电，集中式发电主要为大型地面光伏系统;分布式发电主要应用于商业/工业、建筑屋顶。

2、技术全景图：主要为光伏电池技术路线

光伏发电行业的产业链中游为电池片、电池组件和系统集成，其中各类光伏电池技术为重点技术路线。根据半导体材料的不同，光伏电池技术主要包括晶硅电池、薄膜电池以及叠层和新结构电池(第三代电池)。

晶硅电池是研究最早、最先进入应用的第一代太阳能电池技术，按照材料的形态可分为单晶硅电池和多晶硅电池，其中单晶硅电池根据基体硅片掺杂不同又分为P型电池和N型电池。目前应用最为广泛的单晶PERC电池即为P型单晶硅电池，而TOPCon、HJT、IBC等新型太阳能电池技术主要是指N型单晶硅电池。

薄膜光伏电池分为硅基薄膜电池和化合物薄膜电池，以铜铟稼硒(CIGS)、锑化镉(CdTe)和砷化镓(GaAs)等的化合物薄膜电池为代表。

叠层、新结构电池包括有机太阳能电池、铜锌锡硫化物电池、钙钛矿太阳能电池、染料敏化太阳能电池、量子点太阳能电池等。

光伏发电行业技术发展历程：电池技术路线演变拉动

光伏发电行业技术发展主要是由光伏电池技术路线演变拉动的，从以硅系电池为代表的第一代光伏电池、到以铜铟稼硒(CIGS)、锑化镉(CdTe)和砷化镓(GaAs)等材料的薄膜电池为代表的第二代光伏电池，如今光伏电池技术已发展至第三代，第三代光伏电池技术主要包括有机太阳能电池、铜锌锡硫化物电池、钙钛矿太阳能电池、染料敏化太阳能电池、量子点太阳能电池等，具有薄膜化、转换效率高、原料丰富且无毒的优势。

光伏发电行业技术政策背景：政策加持技术水平提升

近年来，我国出台一系列光伏发电技术及研发的相关政策，通过政策指导，行业加快光伏发电技术的推广和革新，促进光伏发电产业的快速发展。

光伏发电行业技术发展现状

1、光伏发电行业技术科研投入现状

(1)国家重点研发计划项目

据已公开的国家重点研发计划项目，2018-2021年我国光伏发电技术相关国家重点研发计划项目共计15项。

注：2019年未公布光伏发电技术相关国家重点研发计划项目。

(2)A股上市企业研发费用

光伏发电行业经过多年发展，产品相对成熟，但行业整体研发投入水平较高。从A股市场来看，2017-2021年，我国光伏板块上市公司研发总费用逐年增长，2022年第一季度，光伏板块上市公司研发总费用约28113亿元。

2、光伏发电技术科研创新成果

(1)论文发表数量

从光伏发电相关论文发表数量来看，2010年至今我国光伏发电相关论文发表数量呈现逐年递增的趋势，可见光伏发电科研热度持续走高。截至2022年8月，我国已有18289篇光伏发电相关论文发表。

注：统计时间截至2022年8月。

(2)技术创新热点

通过创新词云可以了解光伏发电行业内最热门的技术主题词，分析该技术领域内最新重点研发的主题。通过智慧芽提取该技术领域中近约5000条专利中最常见的关键词，其中，光伏组件、太阳能、光伏板、太阳能板、光伏发电、太阳能电池板、逆变器等关键词涉及的专利数量较多，说明光伏发电行业研发和创新重点集中于光伏组件和光伏板等领域。

(3)专利聚焦领域

从光伏发电专利聚焦的领域看，目前光伏发电专利聚焦领域较明显，其主要聚焦于太阳能、光伏板、太阳能电池、光伏组件等。

主要光伏电池技术对比分析

从技术水平来看，硅、砷化镓、磷化铟、碲化镉和铜铟硒多元化合物(铜铟镓硒是其典型代表)是可选光伏材料中综合性能的最佳集合。而它们各方面性能的优劣，直接导致了目前光伏电池技术百花齐放的现状。

注：平均转换效率均只记正面效率。

光伏发电行业技术发展痛点及突破

1、光伏发电行业技术发展痛点

(1)硅基光伏电池：P型电池转换效率低

由于电池片的光电转换效率直接影响整个光伏系统的效益，因此光伏电池的光电转换效率十分重要，光电转换效率的提升主要依靠技术更新换代。现阶段，晶硅光伏电池面临着转换效率较低的问题，尤其是P型电池。

据德国哈梅林太阳能研究所(ISFH)，PERC电池的理论极限效率为245%，PERC产线的量产效率已经达到23%，逐步逼近理论极限效率。

(2)薄膜电池量产转换效率低

薄膜光伏电池具有衰减低、重量轻、材料消耗少、制备能耗低、适合与建筑结合(BIPV)等特点，但薄膜电池面临着量产转换效率低的问题，性价比较低。

2、光伏发电行业技术发展突破

(1)N型电池技术突破P型电池极限转换效率

相较于P型电池，N型电池技术少子寿命高、无光致衰减、弱光效应好且温度系数小，转换效率更高。面临P型电池逐步逼近理论效率极限，N型电池技术能够突破P型电池的理论效率极限并达到更高转换效率。据中国光伏行业协会(CPIA)，2022-2023年N型电池技术的平均转换效率就可以达到PERC电池的理论极限效率(245%)。

(2)钙钛矿电池可实现高转换效率

钙钛矿电池是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的第三代太阳能电池，钙钛矿材料的吸光能力强于晶硅材料，因此钙钛矿电池能够实现高转换效率。除了拥有高转换效率，钙钛矿电池还具备价格低、投资小、制备简单等优势。

光伏发电行业技术发展方向及趋势：降本增效

2022年8月，工信部五部门联合印发的《加快电力装备绿色低碳创新发展行动计划》，提出通过5-8年时间，在太阳能装备方面重点发展高效低成本光伏电池技术，包括推动TOPCon、HJT、IBC等晶体硅太阳能电池技术和钙钛矿、叠层电池组件技术产业化，开展新型高效低成本光伏电池技术研究和应用等。

可见，未来光伏发电技术将向着降本增效方向发展，一方面由于现有光伏电池逐渐逼近最高理论转换效率，因此更高转换效率的电池将成为光伏电池技术发展方向;另一方面，光伏组件转换效率的提升以及制造成本的降低，是降低光伏电站建设成本，并最终降低光伏发电成本的关键因素。

「前瞻碳中和战略研究院」聚焦碳中和领域的政策、技术、产品等开展研究，瞄准国际科技前沿，服务国家重大战略需求，围绕“碳中和”开展有组织、有规划科研攻关，促进碳中和技术成果转化和推广应用，为企业创新找到技术突破口，为各级政府提供碳达峰、碳中和的战略路径管理咨询和技术咨询。院长徐文强博士毕业于美国加州大学伯克利分校，二十余年来一直深耕于低碳清洁能源和绿色材料领域的基础研究、产品开发和产业化，拥有55项专利、33篇论文，并已将30多种产品推向市场，创造商业价值50+亿元，专注于氢能、太阳能、储能等清洁能源研究。

以上数据参考前瞻产业研究院《光伏发电行业技术趋势前瞻及投资价值战略咨询报告》。

在物联网领域，中国和世界基本处于并跑的状态，但核心技术尤其是标准制定方面，我们仍存在差距。中国市场广阔，对于物联网的需求巨大，应该有自信建立自己的标准体系。就像高铁一样，先开门把别人好的东西引进来，消化吸收后在中国市场上形成自己的标准，然后再输出。
所以，物联网的应用，不能只管应用不管基础技术。基础技术建立以后，物联网会用得越来越多、越来越便宜，如果只重视应用而不重视基础，物联网会越来越贵，市场就会越来越小。物联网带动的产业特别多，要把机会让给本土企业，不应该再去大批量购买。物联网在智能交通、智慧城市、环境保护等方面的应用，不光能推动物联网产业的发展，也将推动环保产业和其他相关产业的发展。

天合光能光伏板全国排名第一。

天合光能致力于创新性研发，不断推动行业标准的建立以及产品性能和可持续性的相关标准。自2011年起，天合光能晶硅电池效率及组件功率输出已24次打破世界纪录，实现全球性的突破。天合光能是第一家拿到UL客户测试数据程序证书的公司，在企业内部即可进行尖端研究。

通过严谨稳健的技术研发，天合光能在创新道路上稳步前行，截至2022年6月30日，公司累计申请专利超过2400件，其中发明专利占比50%。光伏科学与技术国家重点实验室、先进的研发设备、与国内领先高校和研究机构合作，三者相互结合，共同缔造天合光能的创新核心。

天合光能企业规模

天合光能是能源物联网概念的提出者，天合能源物联网构架分为云、管、端三部分，分别涵盖信息收集对象和服务对象的设施层、采集能源基础数据的感知层、包含服务园区和智能微网的天中能量管理平台TrinaMOTA的网络层、以天能云TrinaAurora智慧能源云为基础的平台层。

以及为终端用户提供各类能源服务的应用层，形成“三位一体”能源物联网新体系，打通能源领域中发电、储能、配网、用电终端各环节，让能源流、信息流、价值流、以及能源设备在互动、共享的智慧能源网络里相互连接，从而实现能源互联一体化管控。

太阳能光伏发电还存在一些有待攻克的"弱点"。它的主要缺点为转化率低、占面积大等几个方面。但这些问题随着技术的进步正持续得到改善。我们大家都知道，太阳光电池主要功能在将光能转换成电能，这个现象称之为光伏效应。但是这就使得我们在选取太阳能电池板原材料的时候，产生了众多不便的因素。要求我们必须考虑到材料的光导效应及如何产生内部电场。不仅要吸光效果，还需要看它的光导效果。

天合光能转债9月1日上市。 天合光能是领先的光伏智慧能源解决方案提供商，业务布局包括光伏产品、光伏系统和智慧能源。 依托光伏技术国家重点实验室和新能源物联网产业创新中心平台，公司在核心技术和研发方面具有领先优势。 公司主要产品为光伏组件，组件产品的客户主要为国内外光伏电站开发商和承包商以及分布式光伏系统经销商。 从去年开始，光伏的概念涨得很好。 天合光能去年6月上市。 利润增长不错，但整体现金流一般，因为可以消耗大量现金来扩张。

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