Одним из направлений деятельности ГК "Роснано" официально является информационная поддержка отрасли нанотехнологий и составление дорожных карт отраслей (форсайт). В начале августа "Роснано" представило первую работу, подготовленную совместно с ГУ-ВШЭ в соответствии с требованиями UNIDO. В основе дорожной карты, согласно пресс-релизу "Роснано", лежит необходимость определения перспективных рынков светодиодных устройств и идентификации возможных путей выхода на них в виде цепочки «рынки»-«технологии»-«исследования».В статье приводятся выдержки и основные моменты из дорожной карты.

Определения

Дорожная карта «Использование нанотехнологий в производстве светодиодов» (далее – Карта) обобщает мнение экспертного сообщества о важнейших технологиях, используемых при производстве светодиодов, и продуктах, основные потребительские свойства которых определяются применением в их конструкции светодиодов.

Карта описывает структуру спроса на светодиоды и указывает перспективные рынки, на которые может быть ориентировано производство светодиодной техники. Дорожная карта оценивает возможности технологий по обеспечению ключевых потребительских свойств светодиодов, позволяющие сформировать существенные конкурентные преимущества для товаров на их основе.

Светодиод (Light-Emitting Diode, LED) – полупроводниковый прибор, излучающий некогерентный свет при пропускании через него электрического тока. Современный светодиод представляет собой многослойную тонкопленочную структуру. Слои могут иметь толщину в нанометровом диапазоне.

Основной привлекательной чертой светодиодных технологий является сочетание компактных размеров, высокой по сравнению с альтернативными технологическими решениямиэнергоэффективности, возможности быстрого управления свечением. Благодаря этим свойствам светодиоды находят применение в таких приложениях, как освещение (в качестве энергоэффективных источников света, готовых для интеллектуальных схем управления освещением) и отображение информации (в качестве индивидуальных индикаторов и дисплейных панелей как малого, так и большого размера).

Одним из важнейших социально-экономических эффектов масштабного использования светодиодных технологий является возможность радикального сокращения затрат электроэнергии на освещение, составляющих по различным оценкам до 18–20% всех затрат произведенной электроэнергии.

При исследовании технологических и рыночных перспектив светодиодов рассматривались две основные группы устройств: неорганические и органические светодиоды. Эти группы различаются как технологическим процессом изготовления, так и потребительскими свойствами и областями применения.

Неорганические светодиоды

Неорганический светодиод (LED) – светодиод, структура которого состоит только из неорганических соединений. Был впервые открыт в 1907 году, получил промышленное применение с середины 60-х гг. Преимущества LED: высокая энергоэффективность, длительный срок службы, электробезопасность, малые габариты, механическая прочность, высокая скорость переключения, нечувствительность к низким температурам, отсутствие вредных составляющих.

Изготовление неорганических светодиодов осуществляется в два этапа. Первый –  изготовление светоизлучающего чипа, которое происходит с применением процессов молекулярно-лучевой эпитаксии и металлоорганических соединений из газообразной фазы. Второй включает сборку светодиода: корпусирование, присоединение оптической системы и системы охлаждения. Оба процесса предъявляют повышенные требования к технологическому уровню производства — необходимо использование чистых комнат, материалов высокой степени чистоты.

Основными направлениями технологического совершенствования неорганических светодиодов является повышение светоотдачи и срока службы при снижении стоимости. Решение этих задач предъявляет спрос как на инженерно-конструкторские разработки, так и на проведение ряда фундаментальных исследований.

В России наиболее распространены предприятия, осуществляющие сборку светодиодов на базе готовых светодиодных чипов, произведенных в основном зарубежными компаниями. О производстве собственных чипов заявляют три компании. При этом существует значительный задел фундаментальных исследований в сфере неорганических светодиодов, сопоставимый, по мнению экспертов, с международным уровнем. По мнению экспертов, одной из ключевых задач в сфере неорганических светодиодов в России является развертывание производства конкурентоспособных светодиодных чипов.

Органические светодиоды

Органический светодиод (Organic Light-Emitting Diode, OLED) – светодиод, в структуру слоев которого входят органические соединения. Изобретен в 1950-е гг., получил промышленные перспективы около 20 лет назад. Значимое коммерческое использование началось 5 лет назад. Преимущества OLED: возможность получения излучающих панелей, использование дешевых полимерных материалов, новые области использования.

Масштабное коммерческое применение органических светодиодов насчитывает менее 10 лет, причем отдельные сферы применения на сегодняшний день только отнесены к перспективным на горизонте последующих 15 лет. 

В настоящее время масштабное распространение органических светодиодов наблюдается только в сегменте дисплеев и телевизоров, в котором существует перспектива вытеснения альтернативных технологий за счет лучшего качества изображения. Отдельно следует отметить направление разработок, связанных с приложениям органических светодиодов в освещении –  существует перспектива коммерческого использования светящихся панелей большой площади.

Изготовление органических светодиодов осуществляется с применением технологий напыления, осаждения из растворов, а также технологий струйной печати. Данные технологии менее требовательны к оборудованию и технологическому уровню производства, что в перспективе позволит существенно снизить стоимость отдельных устройств.

Основные направления технологического совершенствования органических светодиодов включают повышение срока службы устройств, увеличение площади панели, снижение стоимости. Решение большинства указанных задач связано с фундаментальными исследованиями.

В России существует единственная компания, занятая в производстве органических светодиодов. Фундаментальные исследования непосредственно для органических светодиодов ведутся на недостаточном уровне. При этом важно отметить наличие задела в смежных сферах органической химии, что может быть использовано для наращивания научного потенциала в данной области. По мнению экспертов, сфера органических светодиодов является перспективной для России с точки зрения возможного встраивания в международные цепочки создания стоимости.

Мировой рынок светодиодов

Количественные показатели рынка

В последнее десятилетие мировой рынок светодиодов быстро расширялся. С наступлением экономического кризиса темп роста рынка замедлился. Роснано публикует три варианта прогноза.

• Оптимистический сценарий предполагает, что глобальный экономический кризис на рынке светодиодов проявится только в снижении до нуля темпов роста (в стоимостном выражении). Затем вместе с возобновлением роста мировой экономики темпы роста рынка светодиодов восстановятся до уровня 20–25% в год. Основными движущими силами рынка будут: популяризация (в т.ч. нормативная) применения светодиодов в осветительных приборах и устройствах; развитие рынка мобильных устройств (телефоны, ноутбуки и т.п.); снижение цен при улучшении потребительских свойств самих светодиодов;
• Пессимистический сценарий основан на предположении о том, что проблемы в мировой экономке будут носить затяжной характер. Медленный и постепенный выход из рецессии начнется не ранее второй половины 2011 г. Потребители весьма консервативны и проявляют приверженность к альтернативным продуктам. Рост рынка ожидается в размере 5-6% в год.
• Умеренный (средний) сценарий исходит из того, что после снижения на 5% в стоимостном выражении в 2009 г. рынок возобновит рост. Сначала (в 2010 г.) это будет компенсационный рост в 15-20% за год. Затем темпы роста будут удерживаться на уровне 10-12% в год в денежном выражении.

Рисунок 1. Прогноз мирового рынка светодиодов, млрд долл. (источник: "Роснано")

Сегменты рынка светодиодов

Различные сегменты рынка светодиодов будут развиваться неодинаково. В долгосрочной перспективе наиболее высокие темпы роста демонстрируют сегменты общего освещения и дисплеев больших размеров.

Рисунок 2. Прогноз структуры мирового рынка светодиодов. (источник: "Роснано")

Прогнозируется существенное сокращение доли сегмента рынка светодиодов для мобильных устройств. Сегмент сигнальных приборов занимает всего 2% рынка светодиодов и является нишевым.

Доля рынка светодиодов в электронных бытовых устройствах, в том числе в ЖК-дисплеях в долгосрочной перспективе не изменится из-за 20%-ого роста рынка таких устройств. Ожидается выход светодиодов на рынок систем освещения и рост этого сегмента на 17-35% в год.

Продолжение, посвященное анализу российского рынка светодиодов, см. во второй части статьи.