[ Международная конференция
«Светодиоды: чипы, продукция,
материалы, оборудование»
12 апреля 2012 г. Москва, «Крокус Экспо»
ПРОБЛЕМЫ РАЗВИТИЯ
СВЕТОДИОДНОЙ
ПРОМЫШЛЕННОСТИ В РОССИИ
PROBLEMS of LED’s INDUSTRY in RUSSIA
А.Э.Юнович A.E.Yunovich
Московский Государственный Университет им.
М.В.Ломоносова, физический факультет 1 [email protected] План Outlook Исследования, разработки и производство светодиодов (СД) в России в последние годы Research, development and production of LEDs in Russia during last years Задачи развития светодиодного освещения.
Progress and Goals of LED’s Lighting Заключение Conclusions Исследования и разработки нитридных полупроводников и программа «Новый Свет» в России За последние три года исследования и разработки, связанные с нитридными полупроводниками (ПП) и светодиодами (СД), проходили в России в новых условиях. Президент РФ объявил о программе «Новый свет». Важнейшая часть энергосберегающего освещения - производство СД на основе GaN. New conditions for GaN semiconductors and LEDs research and development in Russia during last 3 years. President of RF has announced a program “The New Light”. Распоряжение № 1830-р от декабря 2009 г. Правительства РФ о мероприятиях по энергосбережению и повышению энергетической эффективности в РФ…». Arrangement of the Government No 1830-p, 01.12.2009. – Plan of energy savings..
Корпорации «Роснано» и «Ростехнологии» стали рассматривать эту тематику как одну из важнейших в связи с программами энергосбережения. Разработана, совместно с ВШЭ, «Дорожная карта» по СД. Создано Некоммерческое Партнерство Производителей СД и Систем на их основе.
Утверждена «Технологическая Платформа» развития светодиодной промышленности (координатор - «Роснано»).
Действует активно светодиодная программа РЖД.
“Rosnano” and “Rostechnology” corporations consider LED’s problems as significant part of their programs. “Noncommercial Association of LED’s producers” was organized. “Technology platform of LED’s Lighting” was formulated.
Russian Railways introduce LED’s lighting.
Минобразования и Науки выделило 3 гранта на нитридную и светодиодную тематику трем ВУЗам совместно с фирмами в Томске, С.-Петербурге и Москве.
Включаются в СД темы ЛИТМО, МИФИ..
Промышленное производство светодиодов фирмы:«СветланаРоссийские Оптоэлектроника»
(4 подразделения, новый цех автоматическая линия). 1-я очередь завода по производству СД SVETLED. Светодиодная лампа SvetaLED с цоколем Е27.
«Оптоган» (завод в С.- На заводе «Оптоган» с проф. А.Е.Романовым Петербурге, завод под Мюнхеном - Landshut );
Продвинулись разработки белых СД («Светлана», «Оптоган»
(центры сборки), «Оптэл», «Платан», …).
“Svetlana-Optoelectronica”, “OptoGaN”, NII PP put in production automatic lines for producing LEDs from chips. Heinz KUNDERT, President SEMI Europe and CIS (Европа и Содружество Независимых Государств), Март There is nationwide in Russia in the transition to LED. Currently the Russian business model is to address lighting systems market rather then to produce LED devices. ”Optogan” is the flagship in LED with high investment in lighting systems....
... We have identified eight potential material makers in Russia which have the power to be globally competative in a fast growing market (see Russian Market Report update).
А.Э.ЮНОВИЧ: Должна быть и другая модель !
Финансирование СД проектов идет по разным каналам «Фонд «Сколково» » в 2011 г. дал 11 апреля 2012 г. «Оптоган» и финансирование нескольким «Филипс» заключили соглашение светодиодным проектам (например, по о создании совместного С.А.Кукушкин; «Оптоган» - светодиодных светильников в С.Органические СД), и провел Петербурге – общее Конференцию по светодиодной финансирование > 4 млн. $.
тематике (28.11.11.).
2 апреля 2012 г.: ГК Внешэкономбанк (ВЭБ) постановил LED Market Session финансировать проект создания Current status, opportunities and challenges крупносерийного производства for LED industry development in устройств на заводе в особой (TechARENA, 16.05.12.) внедрением и развитием передовых отечественных инновационных технологий – Объем финансирования http://www.ruselectronics.ru/news/?id= Гос. Корпорация «Ростехнологии»
(«Новые технологии Света» - Ф.В.Боярков) В 2010 г. разработана программа на 5 лет, с массовым производством структур, чипов, СД и ламп.
2011 г. изменено освещение на светодиодное на >15 предприятиях “Ростехнологий”.
Томский НИИ ПП – 22.12.11.
запустил автоматические линии по производству СД из «чипов».
Свой светодиод для каждого приложения!
Будет создано ~ 600 рабочих мест. «Начало производства СД и светильников - с квартала 3 года проекта, полная мощность — выше 600 млн. шт. СД в год ( > млн. светильников) на 4, 5 год реализации проекта» В Томском НИИ ПП с директором Ю.М.Курило Созданы десятки российских фирм, разрабатывающих и производящих светотехнические устройства со СД, торгующих СД и этими устройствами.
Увеличился импорт светодиодной продукции в Россию (Пример: “Cree” - «Прософт»).
Интерес зарубежных фирм к СД предприятиям в России.
Tens of Russian companies are making and trading LED’s based light sources and lamps. Millions of LEDs are imported to Russia by various foreign companies. Some interest of foreign companies to build LED’s factories in Russia.
Российский Интернет полон рекламой СД и светодиодных осветительных устройств. Russian Internet is full of LED’s publicity announcements. www.leds-magazine.ru;
http://nprpss.ru/rss2.xml; «Lumen & ExpertUNION»;
www.lightrussia.ru… На выставке во Франкфурте-на-Майне «Frankfurter + Messe», «Light+Building» будет проведен 19 апреля «Русский Предсказания 2009 г. об увеличении эффективности СД, были превзойдены уже в Predictions of the white LEDs efficacy made in 2009 were exceeded in 2011 (red point).
Световая отдача светодиодов белого свечения.
Но для практики важна световая отдача светотехнических устройств со СД по сравнению с ЛН и люминесцентными.
White LEDs efficacy is represented Cветовая отдача различных источников in figure. But efficacy of luminaire in света (1940 - 2020) (Navigant Consulting, Inc, comparison with incandescent and luminescent lamps is interesting for October 2009, DOE SSL).
practice.
Перспективы улучшения параметров белых светодиодов (DOE, март 2010 г. ) Световая отдача («теплый») Световая отдача («холодный») (4100-6500K, 70-80 CRI) Перспективы улучшения параметров светодиодов (по докладу В.Е.Бугрова («Оптоган») на «Светодиодном Внутренний квантовый 80% (голуб.) 40% (зел.) 90% Внешний квантовый 64% (голуб.) 30% (зел.) 81% относит. 35 А/см 100оС относит. 25оС 50% (красн.) 25%(янтар.) Но для практики важна световая отдача светотехнических устройств со СД по сравнению с ЛН и люминесцентными лампами.
2011, “Caliper”. Параметры СД ламп и светотехнических устройств со СД, измеренных на образцах разных фирм.
В 2012 г. СД превзошли обычные осветительные Observations and Analysis of Test Results: Overall Progression in Performance of Products (luminaires). LEDs luminaires exceeded in 2012.
Сравнение с обычными устройствами и с измерениями 2009-10 г.
2011, “Caliper”. Average results for LED luminaires (rather than replacement lamp), compared to benchmarks and earlier similar LED luminaires Vertical bars show maximum and minimum ranges of performance.
Лампа Philips Endura LED A21 17-Вт (СД “LUXEON”, для замены 75 Вт ЛН по стандарту ENERGY STAR): Потребление 17 Вт, световой поток 1 100 лм, КЦТ – 2 700 К, CRI – 80, срок службы – 25000 час.
Светодиоды “OSRAM” UX:3 : световая отдача 115 лм/Вт, стоимость света < 0,5 EURO/100 лм, CRI- 80-95, стоимость СД < 30% стоимости светильника Семинар Министерства Энергетики США в апреле 2010 г.
по программе светодиодного освещения (DOE SSL) http://www1.eere.energy.gov/buildings/ssl/sanjose2010_materials.html Производство кристаллов со структурами InGaN/AlGaN/GaN для мощных СД увеличится от 35 млрд. шт. в 2009 г. до 160 млрд. шт. в 2014 г.
Рынок мощных СД для освещения достигнет 1 млрд $ к 2012 г. (а в 2020 г. – от 2 млрд. $ (худший) до 6.5 млрд. $ (лучший вариант)).
Тенденции развития светодиодной промышленности в мире Анализ перспектив производства СД на 2011-2015 гг. Окт.2010, Белов.
Группа «Энергоэффективность» Комиссии по модернизации и технологическому развитию Российской экономики при Президенте РФ 57% Направления исследований Research directions Сапфир, Al 2O3. Диаметры 2’’ – большая часть, 3, 4 ’’. перспективы от 2008 до 2016 г.
Карбид кремния, SiC.
Шаблоны из GaN и AlN Si, проблема буферных слоев.
Диаметр – 6 ’’ - снижение стоимости роста!
С.А.Кукушкин, - GaN/SiC/C. $10000@wafer GaN, неполярные и Объемные кристаллы: хлоргидридная эпитаксия;
аммоно-термальный метод RedBulb (12 Вт)– “Philips” – замена 60 Вт лампы Компания Plessey (2012): стоимость СД на подложках GaN-on-Si, на 80% ниже. Компания AZZURRO на 75% (от 2” сапфира на 200 мм Si) Направления исследований Research directions Уменьшение падения hi c током – толщины КЯ и барьеров. Вариации буферных слоев и СР. Контроль напряжений Однородность и воспроизводимость структур.
Проблема “зеленой долины” (А.Ф.Цацульников и др.- ФТИ). Наши научные исследования и Проблемы увеличения коэффициента оптического должны быть доведены до вывода.
Проблемы люминофоров и цветовых характеристик.
Продвижение в УФ область пример новых решений, из доклада на СД форуме, ноябрь 2011 г. ) Однородность и воспроизводимость структур – планетарные и «душевые» реакторы («AIXTRON») Массовое производство СД должно быть обеспечено установками для металло-органической эпитаксии нитридных гетероструктур.
Они все время совершенствуются – изменяются возможности числа и размера подложек, технология роста с вращением основания и самих подложек, с регулировкой подачи газов в реакционный объем.
Рисунки – из доклада фирмы «Аикстрон» в Томске, февраль 2012 г.
Исследования и разработки, необходимые для совершенствования светодиодной технологии с целью удешевления стоимости (SSL Research and Development: Manufacturing Roadmap, Sept. 2009) Стоимость самого СД Стандартизация параметров на разных становится существенно сопутствующих частей нанесения. Постоянство цветоваых ламп и светильников Экономические цели Economical targets Американская программа предполагает увеличить световую отдачу (efficacy) (с 2009 до 2020 г.) от 113 до 243 лм/Вт для холодных (cool) и от 70 до 234 лм/Вт для теплых (warm) белых светодиодов (white LEDs).
Стоимость электроэнергии (price of energy) предполагается уменьшать от 25 до 1 $/клм для холодных (cool) и от 36 до 1. $/клм для теплых (warm) белых СД (white LEDs).
Предсказывается, что световой поток (light flux) от одного СД (one LED) будет увеличиваться (will increase) в 20 раз за 10 лет и достигнет 10000 лм к 2020 г.
Стоимость 1 клм (price of light) - уменьшится (will decrease) в раз за 10 лет и может достигнуть (may be) 1-0.1 $/клм в 2020 г.
Потребление энергии в США в 2010 г. - 10 quads Программа (SSL) для общего освещения может сохранить 16 quads энергии от 2010 до 2030 г.
Оценка экономического эффекта в Полное потребление электроэнергии на освещение в России составляет приблизительно 137 млрд. кВтчас/год, из них большую часть потребляют лампы накаливания; стоимость электроэнергии составляет 3.5 руб./кВтчас.
Если к 2015 г. лишь половина этой энергии будет сэкономлена за счет применения светодиодов, то это даст экономию более 200 млрд. руб./год.
Эта приблизительная оценка не учитывает, что стоимость электроэнергии в России меньше, чем в Европе, что она будет повышаться с течением времени.
Развитие светодиодной промышленности и светодиодного освещения в России – это стратегическая задача. Ее решение должно не только сэкономить электроэнергию и улучшить экологию.
Не менее важно на примере светодиодной технологии показать возможность создания в России инфраструктуры, необходимой для области промышленности высоких технологий, экономически оправданной в дальней перспективе.
Для этого необходимы крупные капиталовложения, которые оправдаются в течение достаточно длительного срока.
Капиталовложения в отдельные важные проекты, которые делают «Роснано», «Фонд Сколково», «Ростехнологии» решают тактические задачи, но не решают проблему в целом, без государственного согласования они не дадут нужного экономического эффекта.
Модель развития должна быть другая! Собственные высокие технологии, рост структур и изготовление чипов, финансирование и взаимное согласование планов в общей цепочке: исследования, разработки, производство, рынок, осветительные устройства, внедрение светодиодного освещения.
Из решения 7-й Всероссийской Конференции «Нитриды галлия, индия и алюминия: структуры и приборы» и «Светодиодного Форума» (МГУ, 2010г.) Необходима взaимнaя кoopдинaция планов paзличных кoрпoрaций и ведомств, ведущих деятельность в светoдиoднoй промышленности.
Для oбъединения усилий нayчнoгo сooбществa, пpoмышленнoсти и пoтребителей Кoнфеpенция пpедлaгaет пpoвести нaциoнaльную нayчнoпрактическую конфеpeнцию пo светoдиoдным технoлoгиям и светодиодному освещению. B ней неoбхoдимo кaк yчaстие нayчнoгo сoобществa, тaк и гoсyдapственныx стpyктyр (Минобpaз. и нayки, Mинпромторга, Минэнергo. Минэкoномpaзвития, Poстехнoлoгии, Poснaно, PAН) и бизнесa.
Из решения 8-й Всеросс. Конференции «Нитриды галлия, индия и алюминия: структуры и приборы»,С.-Петербург, май 2011 г.
В России недостаточно развито взаимодействие академической и университетской наук
и с промышленностью.
За прошедшие 2 года в России не было приобретено ни одного МОС-гидридного реактора для III-N материалов при мировом производстве более единиц, половина из которых поставлена в Китай.
В сложившейся ситуации развитие конкурентной отрасли в России могут обеспечить очень активные меры.
9-я Конференция «Нитриды галлия, …» планируется в 2013 г. на физическом факультете МГУ.
Научные, инженерные и технические кадры для выполнения Программы Светодиодного Освещения надо специально готовить! В любых проектах надо предусматривать подготовку кадров. Студентов, магистров и аспирантов по этой специальности а) Материально стимулировать в процессе обучения. б) Обязать (в счет этого) работать по специальности на предприятиях, связанных со СД. в) Они должны быть обеспечены материально и карьерой не хуже, чем в «Газпроме» и «Лукойле».
Предприятия СД промышленности создавать при взаимодействии с научными и учебными центрами (Томск, Новосибирск, Саратов, Калуга…).
а три года появилось несколько журналов о СД, и печатных («Полупроводниковая ветотехника», «Современная Светотехника»…), в «Интернете»...
ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ СД ОСВЕЩЕНИЯ В РОССИИ
Подземный переход (Москва, м. «Рижская») Освещение здания церкви (Владимир) Переговорная комната в офисе (светодиоды фирмы «Оптоган»).Площадь Свободы в г. Тихвин, освещена светодиодными фонарями.
Заключение Conclusions
Исследования, разработки и производство СД и развитие светодиодного освещения в последние годы продолжают быть одним из наиболее перспективных направлений научно-технического и промышленного прогресса во всем мире.LEDs research, development and industry and LED’s lighting continued to be in progress in the whole world.
Существенно продвинулись исследования и разработки по СД тематике и в России. Началось развитие светодиодной промышленности.
СД шире применяются в светотехнике, в освещении.
Research and development of Nitride LEDs moved forward also in Russia. LED’s industry, trade and business are in progress in Russia.
Но для выполнения задач Программы «Новый Свет» и существенной экономии электроэнергии в России этого совершенно недостаточно.
But this is inadequate for realization of the “New Light” program and substantial economy of energy in lighting due to LEDs.
Развитие светодиодной промышленности и светодиодного освещения в России – это стратегическая задача. Необходимо создание государственной программы для ее выполнения.
Progress of LED’s industry and LEDs lighting in Russia is a strategic problem.
Научно-техническое сообщество много сделало для выполнения этой задачи. Оно должно продолжать усилия для создания государственной программы.
«