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以SSL计划为核心的美国LED产业政策体系研究

来源:中国半导体网 浏览次数: 日期:2011年9月3日 10:50

摘要:

       在全球国家当中,很少有像美国政府这样重视LED照明技术的研发,并立足国家战略全力推动其产业化的国家。自2000年开始,美国政府以能源部(DOE)为主要推进部门,制定和实施了以SSL计划为核心的一系列LED产业政策措施,经过近十年发展,已逐步形成了较为完善的政策体系。本文基于美国能源部的有关权威报告,系统阐述了美国LED产业政策体系情况,并深入剖析了美国LED产业政策的亮点以及对我们的启示。

  一、政策体系构成

  美国LED产业政策体系主要由国家战略层面上的“国家半导体照明研究计划”及其各政府部门的具体计划组成。

  1、在国家层面上,2002年美国联邦政府启动了“国家半导体照明研究计划”即“下一代照明计划(NGLl)”。该计划由美国能源部资助,国防部和光电工业发展协会(OIDA)联合执行,共有12个国家重点实验室、公司和大学参加。随后“NGLI”计划纳入美国“能源法案”,并获得每年5000万美元共10年的财政资金支持,以帮助扶持美国在LED照明领域站稳全球LED产业的领导者角色,并创造在美国本土的更多高科技、高附加值的工作机会。

  2、在部门层面上,“NGLI”计划包括5个相关部门计划,包括国防部负责的紫外光光源计划、宽禁带半导体材料研究计划,以及能源部负责的照明研发计划。

  二、核心政策(“SSL计划”)剖析

  2002年,美国能源部在NGLI计划的大框架下,制定了促进LED产业发展的核心政策——固态照明研发计划(SSL计划)。SSL计划重点支持LED照明的研究与开发,为保持美国在这个领域的产品技术、体制和服务的全球领先地位提供了机遇,同时使美国能够拥有自主知识产权,并且为美国提供高技术附加值的就业机会以及高的经济增长率。SSL计划主要由发展战略措施以及包括研发计划、商业化支持计划和管理计划在内的3个具体计划组成。

  (一)发展战略措施

  SSL发展战略措施主要是鼓励美国能源部与LED产业界、研发领域之间建立和保持长远合作关系,重点支持LED研发活动的各个重要环节协调发展,来引导LED技术从实验室走向市场。这些研发活动环节包括基础研究、核心技术研究、产品开发、制造研发、商业化支持、标准化发展以及产业合作等7大方面。

  基础研究以提高基本认识。基础能源科学计划包含的项目侧重于研究美国能源部任务所需的基本科学问题。这些项目针对物理、化学、材料科学的基本原理,包括电子和光学工艺知识,用它们来开发新的合成技术和新型材料。

  核心技术研究以填补知识空白。核心技术研究主要由学术界、国家实验室和研究机构负责,包括许多科学研究,以努力寻找更多与主题相关的综合知识和认识。这些技术能够填补技术空白,提供准确的知识和数据,使我们的知识库更加丰富。它们侧重于应用技术开发的研究,特别强调满足性能和成本的技术目标。核心技术项目由政府工作人员、独立组织和同行审查,其所产生的知识产权可以向合作成员开放使用。

  产品开发以利用知识收益。产品开发主要是由公司负责,他们系统地利用基础或应用研究知识,开发或改进商用原材料、器件或光源。技术活动针对市场应用所关注的产品价格、质量和性能参数。项目活动的范围从产品概念模型到测试模型和现场准备原型的开发。

  制造研发以应对市场的挑战。同样由公司负责,并通过改进生产过程和减少成本,提高产品的一致性和质量。此外,还要求在LED领域夯实目前的制造技术优势,在OLED领域建立制造技术基础。

  商业化支持活动以促进市场发展。为了保证对核心技术研究和产品开发的投资促使LED技术实现商业化,美国能源部制定了“商业化支持战略”。通过与LED产业伙伴、其它行业和能源组织合作,美国能源部策划了一系列活动,包括:为LED技术产品起草“能源之星”标准;基于LED技术的照明设备和光源设计竞赛;实施CALiPER测试项目,以提供公正的LED产品性能信息;对示范项目进行Gateway评估;启动政府采购计划,鼓励制造商生产高质量节能的产品投放市场,并联系客户购买;支持标准体系建设;LED信息网络平台建设。

  产业合作以提高制造和商业化水平。加强与下一代照明行业联盟的合作,利用下一代照明行业联盟所拥有的技术,来提高制造和商业化水平。主要合作有:LED项目成果交流;鼓励发展技术度量、法规和标准;推动LED技术向普通的照明应用发展等。

  标准开发以实现有意义的性能测量。为新产品开发国家标准和等级体系,实现有意义的产品性能测量,使消费者能够对不同厂商生产的产品进行比较。目前,美国能源部开始与美国电气制造协会(NEMA)、下一代照明行业联盟以及其它企业和研究机构一起开发必要的度量、法规和标准,并已发布多个关于LED产品的新标准,包括IESLM-79-2008(2008年,固态照明设备电子和光度的认可测试方法)、IESLM-80-2008(2008年,LED光源流明衰减核定测量方法)、ANSI-C78.377-2008(2008年,固态照明产品色容差规定)、IES-RP-16附录a(2008年,照明术语和定义)以及“整体式LED灯能源之星认证”(2009年)等。

  (二)研发计划

  从课题类型看,SSL研发计划重点支持LED/OLED的核心技术研究、产品开发和制造研发共六大类研究课题(见图4),并不包含基础能源科学研究、小企业创新研究等方面(这两方面的研究由能源部科学办公室负责的其他研究计划支持)。每类课题又分为若干个子课题,每个子课题中包含若干个项目。2010年美国能源部LED照明项目共有67个在研项目,其中既有长期项目又有短期项目,参与机构包括各种规模的企业和大学等。

  从研发结构看,SSL研发计划开始由只注重技术产品开发向技术产品开发与制造研发并重转变。LED/OLED制造研发类课题是近两年新增的研究领域,它属于研发链的应用研究和试验发展两大环节(见图4)。近两年,美国政府愈发重视这一领域,今年的经费更是上升到经费总额的60%以上。以往美国着重于研究开发,期望透过研发拉大与其他国家在尖端科技上的差距。近年来,为了提升品质和价格以及加速美国国内LED照明的普及率,美国鼓励厂商在国内制造生产,期盼藉由开发出更多先进自动化技术,来协助LED产品品质的一致性以及减少人力成本。

  从研发经费看,近两年SSL研发经费快速增长。美国国会对LED照明项目的经费支持从2003年的300万美元上涨到2007年的3000万美元,2008年有所回落后,2009年和2010年经费继续回升。近两年根据经济刺激方案,美国国会为LED照明研发额外分别增加了5000万美元和3780万美元,使得这两年的经费总额接近1.4亿美元。

  (三)商业化支持计划

  为了充分利用SSL研发计划项目的研究成果,以及增加这些项目投资回报的商业成功率,最大限度地节约能源,能源部制定并出台了SSL计划的“商业化支持战略”,并于2007年发布了《固态照明商业化支持五年计划》草案。商业化支持计划会与研发计划实现对接,以保证LED产品的正确应用和避免因顾客的不满导致市场发展延迟。该计划的政策措施包括有CALiPER测试、Gateway示范评估、能源之星(Energy Star)认证、启动政府采购计划、举办设计比赛(L Prize)、鼓励制造商生产高质量节能的产品投放市场、标准发展支持以及信息网络平台构建等。

  (四)管理计划

  SSL的管理计划包括运作体系、项目管理计划和评估计划三大部分。

  1、是运作体系。该运行体系包括了能源部、LED企业以及研究机构在内的旨在将LED产品推向市场的各种行为和机制。首先,通过每年召开各种LED研讨会,能源部将与合作企业、研究机构进行相互交流与探讨,在此基础上筛选出核心技术、产品开发与制造研发的需求。然后,能源部向企业、研究机构以及国家实验室发起这些重点支持的研究领域的招标,至少举办四次,包括核心技术招标、面向国家实验室的招标、产品开发招标以及制造研发招标。接着,能源部每年追踪LED技术的进展情况并向美国国会报告项目进展。再次,SSL计划支持的核心技术研究项目所取得的知识产权,可以向合作成员开放使用,但需要交纳一定的专利版权费用。最后,合作伙伴以及对项目感兴趣的企业利用研发技术成果进行产品开发和制造研发,随后将高质量的LED产品推向市场。

  2、是项目管理计划。SSL计划采用了分阶段控制(Stage-Gate)的项目管理框架,以协助指导SSL的技术研究和经营行为。项目管理框架设置了基础科学研究、应用研究、探索性开发、设计开发、工程开发、产品示范、商业化与市场等7个阶段及其阶段间相应的6个阀门,每次召开项目管理会议前必须检查项目是否满足该阶段阀门的要求,若达标则前进到下一个阶段。此外,项目管理框架也提供了退出机制,若某个项目表现不佳未能达到阶段阀门要求,则通过制度确保能源部有权利终止该项目,以更好地分配项目资源。因此,通过构建这个框架,能源部及其合作伙伴可以认识到目前项目在整体新产品开发中所处的阶段,能够得到妥善检讨研发项目并提出有针对性的问题和解决方案,从而推动新的LED产品成功推向市场。

  3、是评估计划。SSL计划采用了质量控制和评估体系。

  三、美国LED产业政策亮点 

  在深入剖析美国LED产业政策体系尤其是SSL计划之后,我们认识到这一政策体系的战略措施、运作架构、管理方法等方面存在着很多亮点和创新点,很值得我们去借鉴学习。可归纳成以下四大亮点:(一)立足国家战略推动LED产业发展美国立足国家战略,以周密详细的计划和全面有效的政策措施推动着LED产业发展,这是美国LED产业的一大突出特点,很值得我们借鉴。事实上,欧盟、德国、日本、韩国等地都有类似的计划,比如欧洲的“彩虹计划”和“OLED 100.eu计划”,不过美国的计划令人印象最深刻。这是因为不仅美国在时间、资金、投入人力和机构数量都是其他国家和组织所无法比拟的,更重要的是美国已经将发展LED照明技术提升到国家战略的高度上。美国能源部实施“下一代照明计划(NGLl)”和“SSL计划”的根本目的,就是要以国家的力量来确保美国企业能在下一代照明技术领域保持强大的竞争力,从而实现未来的战略利益,使美国始终保持全球领先地位。

  (二)开始重视制造研发从SSL研发计划的项目安排看,LED/OLED制造研发类课题是近两年美国最新增加的项目,而且财政支持力度超过核心技术研发、产品开发类课题,表明了美国已经开始由只注重技术产品开发向技术产品开发与制造研发并重转变。深入地分析,这主要是美国人的思维正在发生变化所致。以往美国的思维着重于研究开发,期望透过研发拉大与其他国家在尖端科技的差距;然而,为了提升品质和降低价格以加速LED照明在国内普及,美国政府鼓励厂商在美国本土制造生产,期盼藉由开发出更多先进自动化技术,来协助LED产品品质的一致性以及减少人力成本。另一方面,重视制造研发,也符合美国“再工业化”的长期发展战略,大大促进了美国本土制造业的复苏和发展。

  (三)大力建设专利标准体系一方面,美国很重视LED的基础研究和核心技术研究,其中尤其注重把研究成果转化为有效专利,以逐步形成美国LED产业的专利网。在美国SSL计划的分阶段(Stage-Gate)管理体系中,就明确要求政府所支持的核心技术研究、产品开发类课题项目必须以专利授权作为阶段性目标。美国政府也十分鼓励大学研究机构、国家实验室和LED企业加强研发链各优先研究领域的专利申请和品牌建设。另一方面,美国也很支持标准化发展。美国能源部已经与美国电气制造协会(NEMA)、下一代照明行业联盟以及其它企业和研究机构一起开发必要的标准,目前已发布多个关于LED产品的新标准,其中最受关注的是去年公布的《整体式LED灯能源之星认证》。该认证被誉为是去年全球范围内最具影响力的技术性贸易措施之一,它修改了多项产品数据标准,提高了产品进入美国市场的门槛,这对我省LED灯具出口企业的影响十分深远。总之,美国利用无形的专利标准网络,对他国实施LED核心技术的封锁与制约,并主导国际标准的制定,以维持美国LED领域的全球领先地位。因此,我们要大力发展LED产业,就必须要加强基础研究和核心技术研究,形成拥有自主知识产权的技术创新体系和标准体系,不再饱受国外的专利标准制约。

  (四)CALiPER测试和Gateway评估值得借鉴一是CALiPER测试项目。该项目的运作是目前美国SSL计划推进的一大亮点。当前美国市场充斥着质量参差不齐的LED照明产品,而且所标识的技术性能指标也是五花八门,明显存在“水分”。为了规范市场,美国能源部组织实施了CALiPER项目,目前已经进行了9轮测试,主要是不定期地从市场上随机抽检LED产品,并与其标识进行对照,结果公之于众。项目实施的效果很好,产品标识的“水分”正不断缩小。二是Gateway示范项目。通过提供最先进的LED产品性能和成本效益数据,包括能源消耗、光输出、色彩一致性、控制问题和接口等参数,来评估LED照明产品在真正商业和住宅设施领域的性能表现,以加强政府示范项目的规范化管理,有利于加快新的LED照明技术产品商业化。这两项政策措施很值得借鉴。

  四、对广东省发展LED产业的借鉴与启示

  1、是启动“广东LED照明计划”。借鉴美国“下一代照明计划”,建议继续加大LED产业的培育力度,在全省战略层面上启动“广东LED照明计划”,建立包括资金、项目、运作、评估等在内的健全的LED研发专项计划和产业化支持计划,用全省的力量来实现未来的战略利益。

  2、是形成拥有自主知识产权的技术创新体系和产业化能力。以重大科技专项为载体,加强LED的基础研究和核心技术研究,努力突破国外对LED核心技术封锁的困局,着力形成拥有自主知识产权的技术创新体系。注重LED制造研发,通过开发出更多的先进自动化技术,来提升LED产品的品质和降低人力成本。发挥政府的示范引导作用,加强LED技术成果的产业化与产品的示范推广,从而加快新产品的推陈出新,使更多高质量的LED产品进入市场。

  3、是大力推动全省LED标准体系建设。加大LED标准化发展的支持力度,建议从省委省政府层面制定时间表,出台一系列促进我省LED产业发展的地方性标准,并注意与国际标准衔接,逐步形成具有我省特色的LED产业地方标准体系。

  4、是建立起全省的产品检测平台和示范评估体系。一方面,要建立起省统一规范的LED产品检测平台,努力提高LED检测质量和产品质量。另一方面,加强全省检测平台与全国的对接。目前,国家层面已启动CALiPER检测报告项目,我们应做好配合与对接工作,不仅要鼓励省内研发机构和检测实验室参与到中国CALiPER检测项目,而且要积极推动省内企业的LED产品加入项目检测产品名录,以规范全省乃至全国市场。此外,省科技厅可以借鉴美国Gateway示范评估的做法,对LED示范项目进行定量详细的产品性能和成本效益评估,并将结果公之于众。

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