На I Международном форуме по нанотехнологиям, прошедшем в декабре 2008 г. в Москве, Российская корпорация нанотехнологий (РОСНАНО) представила пилотную версию дорожной карты развития светодиодной промышленности и общего освещения, подготовленную РОСНАНО с участием Высшей школы экономики (ГУ ВШЭ). Руководитель сертификационного центра РОСНАНО Виктор Иванов привел результаты анализа рынка светотехники, дал оценку перспектив светодиодной отрасли в России и рассказал о проблемах, которые необходимо решить для создания производства светодиодных устройств освещения.
Ведение работ в рамках дорожных карт является одним из важнейших принципов РОСНАНО. Цель создания дорожной карты по светодиодам – развитие в России нового направления промышленности, основанного на нанотехнологиях: массового производства светодиодов и светотехнических устройств на их основе.
Дорожная карта должна учитывать многие аспекты организации и ведения производства. Для работы над ней Корпорация сформировала авторитетный технический комитет, в который, помимо специалистов по экономике и технике от РОСНАНО, вошли представители ГУ ВШЭ, университетов и институтов Академии наук, а также эксперты от сообщества производителей светодиодов освещения. Важнейшие из вопросов, рассматриваемых в дорожной карте, – это характеристика рынков конечной продукции, сегодняшний объем ее использования и ожидаемый в будущем; технологические аспекты, т.е. знания и оборудование, актуальные для развития светодиодных устройств; ресурсная база, необходимая для организации их производства. В связи с ориентацией на создание производства на территории России особое внимание в дорожной карте РОСНАНО уделяется кадровым вопросам.
Прогноз состояния мирового рынка общего освещения (по данным Global Industry Analysts Inc.)
Приведенный в дорожной карте анализ рынка опирается на авторитетные мнения международных организаций, специализирующихся в области рыночных исследований, и, в части российского рынка, – на информацию компании РБК. По данным Global Industry Analysts Inc., объем мирового рынка общего освещения оценивается на уровне 40 млрд долларов, а темпы его роста за последние 3 года составили 4-5 %. По прогнозам, к 2016 г. около 30 % рынка будет занято светодиодными осветительными устройствами (рис. 1). При этом светодиодный сектор рынка состоит из нескольких сегментов. На диаграммах на рис. 2 видна сравнительная динамика сегментации рынка светодиодов освещения по состоянию на 2007 г. и состоянию, ожидаемому к 2012 г.
Распределение мирового рынка светодиодов по областям применения на 2007 и 2012 гг.
Кроме показанного роста сегментов дисплеев и освещения перспективными являются также некоторые специальные ниши применения светодиодов, такие как проекционное телевидение и подсветка ЖК-дисплеев. Сегмент освещения на мировом рынке оценивают как наиболее перспективный в ближайшие 5 лет. В 2007 г. рынок светодиодных ламп, используемых в освещении, составил 330 млн долларов, что соответствует росту в 60 % по отношению к 2006 г. К 2012 г. прогнозируется размер этого сегмента в 1.4 млрд долларов, т.е. 11 % рынка будут заняты светодиодными источниками освещения (рис. 3).
Доля различных устройств на мировом рынке общего освещения в 2007 и 2012 гг.
В России, по данным РБК, объем всего рынка светотехники в 2007 г. составил около 1.7 млрд долларов. Российский рынок освещения бурно развивается, его рост в среднем составляет 13 %, а в ближайшие 3-5 лет ожидается на уровне 15 %. При этом сегмент, связанный с применением светодиодов, пока невелик (рис. 4), но в дальнейшем будет быстро увеличиваться. На рынке общего освещения выделяются как наиболее крупные рынок офисных (400 млн долларов) и подъездных светильников (321 млн долларов по прогнозам на 2009-2012 гг.). Также велик рынок, связанный с освещением в транспортных средствах – в автомобильной промышленности, на железных дорогах.
Распределение рынка общего освещения в России по типам ламп
Развитие технологии светодиодов идет по двум направлениям: светодиоды на неорганических гетероструктурах (LED) и светодиоды на органических компонентах (OLED). Неорганические светодиоды – очень динамично развивающаяся область, в которой в последние 20 лет было сделано много открытий, и к настоящему времени достигнута высокая эффективность основанных на этом принципе устройств. По сравнению с ними органические светодиоды отстают в развитии, однако у последних есть ряд интересных потребительских свойств, которые могут оказаться ключевыми в конкуренции с неорганическими светодиодами. В частности, они позволяют создавать полупрозрачные гибкие осветительные панели большой площади.
Мировые лидеры в разработке и производстве LED-устройств уже вышли на высокий уровень световой эффективности. Компания Cree Inc, лидер на этом рынке, выпускает светодиоды с эффективностью на уровне 100 лм/Вт при 350 мА. Светодиоды серии LUXEON фирмы PHILIPS Lumileds имеют эффективность до 170 лм/Вт при 700 мА, устройства других производителей – 50-100 лм/Вт. Эффективность OLED не столь высока: лидеры в данной области – компании Samsung, OLLA, Novaled – имеют лабораторно подтвержденные данные по мощности съема энергии 20-50 лм/Вт, хотя теоретический порог для идеальной структуры намного выше – примерно 360 лм/Вт. Практический же уровень эффективности таких светодиодов специалистами оценивается на уровне 230 лм/Вт при яркости 2000 кд/м2 и сроке службы до 100 000 ч. Для сравнения, эффективность бытовых ламп накаливания варьируется в пределах 12-18 лм/Вт, компактных люминесцентных ламп – 65-100 лм/Вт. Многие компании, например, OSRAM, планируют начать серийный выпуск OLED-светильников к 2012 г.
В России, к сожалению, в настоящее время нет производства своих чипов и гетероструктур на таком уровне энергетической эффективности. Ряд компаний – КБ Автоматики, Corvette Lights, Уральский оптико-механический завод и др. – выпускающих осветительные приборы на неорганических светодиодах, используют импортируемые структуры и чипы. Изготовлением чипов и светодиодов на их основе на уровне малого производства занимается ЗАО «Оптоган». Эффективность светодиодов, производимых данной компанией, находится на уровне 60 лм/Вт при энергетической эффективности около 15 %. В течение 4 лет компания планирует выйти на уровень энергетической эффективности до 25 % и общей эффективности до 100 лм/Вт (рис. 5). Технология OLED развивается в РФ еще медленнее, отсутствует не только серийное производство устройств освещения, но и производственная и технологическая базы. Однако, по словам Виктора Иванова, по конструкции и технологическому исполнению российские LED не уступают зарубежным аналогам, и появляются возможности выращивать собственные чипы. В этой области ведутся интенсивные исследования, связанные с тем, что стоимость импортируемых чипов достаточно высока, поэтому организация их производства в России позволит снизить стоимость компонент в 5-6 раз. Что касается OLED, ряд сильных научных команд ведет разработки на стадии R&D, и в перспективе могут быть разработаны органические светильники большой площади при условии эффективной поддержки этого направления путем закупки за рубежом технологических линий для производства OLED.
Прогноз разработок LED в России. Характеристики чипов и светодиодов (ЗАО «Оптоган»)
В целом, для использования перспектив данной отрасли в России необходима поддержка разработок по светодиодам государством, развитие технологической вооруженности предприятий и отечественного производства технологического оборудования (с использованием импортных комплектующих), введение стандартов контроля качества и развитие диагностических центров для сертификации устройств и оценки их характеристик. Создание новых производств потребует подготовки соответствующих научных, инженерных, технических и рабочих кадров. Здесь возможным путем является создание нанотехнологических научно-образовательных центров. Их задачей будет обучение обращению с оборудованием – эпитаксиальными установками, системами обеспечения «чистых комнат», установками структурного и оптического контроля выращиваемых кристаллов и др. Существует ряд технических проблем, касающихся производственных методов газофазного химического осаждения металлорганических соединений (MOCVD) и молекулярно-лучевой эпитаксии (MBE), изготовления однородных структур на подложках большой площади, применения люминофоров. Для них уже видны пути решения, и этими вопросами необходимо заниматься в первую очередь.
Корпорацией РОСНАНО сделан первый шаг к созданию в России нового производства: совместно с группой компаний ОНЭКСИМ и Уральским оптико-механическим заводом создана компания по производству светотехники нового поколения на неорганических гетероструктурах. Объем инвестиций РОСНАНО в проект составляет 1 776 млн рублей, общий объем инвестиций – 3 351 млн рублей. В то же время, РОСНАНО будет стремиться развивать и модифицировать дорожную карту, в результате чего в России к началу 2013 г. может заработать производство неорганических светодиодов.