西安光电子产业发展报告.docx
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西安光电子产业发展报告.docx
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西安光电子产业发展报告
西安光电子产业发展报告
2007-03-2812:
22 西安光电子技术产业发展中心西安光电子行业协
光电子技术是当今世界的综合性高新技术,其技术内涵宽广,产品种类繁多,应用领域广泛,是影响未来社会发展的战略性重要产业之一。
光电子技术泛指发光及显示、光电转换、光传输、光记录及光控制等。
随着技术的不断发展和应用领域的不断扩大,可以细分为光电子材料与器件、光信息(输入、输出与存储)、光通信(系统和设备、材料及器件)、光电子应用系统(光传感器、激光器件及应用)、新型光学产品、特色软件等几个方面。
作为近代光学技术与电子技术的融合,光电子技术已发展成为21世纪的尖端科技之一。
一、世界光电子产业发展现状及未来发展趋势
(一)世界光电子产业发展现状
20世纪以来,世界光电子产业获得了突飞猛进的发展,产值每年以两位数增长(见附表1)。
1998年全世界光电子产业产值为1400亿美元,2000年增加到1800亿美元,2003年达到1980亿美元,2005年顺利突破2000亿美元。
据预测,到2010年,将达到5000亿美元的产业规模。
2010年至2015年,光电子产业将会取代传统电子产业,成为21世纪最大的产业,成为衡量一个国家经济发展和综合国力的重要标志。
附表1 世界光电子产业各分项市场值统计单位:
百万美元
产品/年
1998年
1999年
2000年
2003年
市场值
市场值
成长率
市场值
成长率
市场值
成长率
光电元件
12117
13361
10.3%
14773
10.6%
20485
11.5%
光电显示器
16571
19645
18.6%
22342
13.7%
32824
13.7%
光电输出入
26560
29978
12.9%
30892
3.1%
33707
3.0%
光储存
27147
31653
16.6%
34539
9.1%
40756
5.8%
光通讯
32176
38389
19.3%
46140
29.2%
78744
20.0%
激光及其它光电应用
7834
8641
10.3%
9538
10.4%
12324
9.0%
合计
122404
141669
15.7%
158224
11.7%
218840
11.5%
(二)世界光电子产业发展态势
据台湾光电科技工业协进会(PIDA)统计,2004年全球光电子市场规模已达1980亿美元,较2003年增长13%;2005年顺利突破2000亿美元;未来几年,全球光电市场仍会持续以11%的成长率发展,2006年将达到2500亿美元;2007年预计达2700亿美元。
具体如下图所示。
图:
全球光电市场趋势
资料来源:
PIDA,2006
在全球2000亿美元的光电市场里,以平面显示著称的各类LCD、PDP和OLED,以及投影机等光电显示器的市场销售额比例逐年增加,达到约30%;而曾经比例最大的光通讯领域则仅占有13%(2000年所占比例高达29%);处于产业上游的光电组件领域,其市场销售额本来就不如下游的大,约占总体的9%。
具体如下图:
图:
全球光电市场各领域所占比例
上图柱形从左到右依次为:
光电元件,光电显示器,光输出入,光存储,光通信,光电元件及激光。
资料来源:
PIDA,2005
从光电子产业的竞争态势来看,各国正在采取得力措施,加速光电子产业的发展,未来竞争将更趋激烈。
美国将光电子确定为国家计划发展重点,为此建立了若干个光子学技术中心,以及位于亚利桑那大学的“美国光谷”;法国国家科研中心、法国电信公司和阿尔卡特公司在巴黎南部联合建立了国家级光电子技术基地,成为法国光电子技术领域具有国际先进水平的研究与开发中心;德国确定光电子是21世纪初保持德国在国际市场上的先进地位至关重要的九大关键技术之一;英国实施阿维尔计划,意图抢占光电子信息制高点;日本通产省联合十多家大公司组建了光子技术研究所;澳大利亚成立了光子联合研究中心,重点开拓信息技术和新产品;我国在武汉建立了“中国光谷”,经过近5年的发展,在光纤光缆、通信系统和激光设备方面形成了一些拳头产品,受到了产业界的高度关注。
从光电子产业主要领域产品的技术发展趋势来看,光器件正向小型化、高可靠、多功能、模块化和集成化方向发展;光显示向真彩色、高分辨率、高清晰度、大屏幕和平面化方向发展;光输出/入产品向多功能、高速化、低成本方向发展;光存储将更多地采用新技术和新材料,开发出新一代高密度、高速存储技术和系统;光通信向超大容量、高速率和全光网方向发展,超大容量DWDM的全光网络将成为主要的发展趋势; 激光技术向全固化、超短波长、微加工和高可靠性等方向发展,激光技术与其它学科的融合以及应用领域范围不断扩大;光子计算与光信息处理产业、全光电子通信产业、光子集成器件产业、聚合物光纤光缆产业、聚合物光电器件产业和光子传感器产业等,将成为未来光电子产业发展的重要组成。
光电子技术不仅本身造就了规模庞大的光电仪器仪表产业,其内容涉及光学分析仪、比色计、平行光管、光谱成像、发射/吸收光谱仪、频谱仪、单色仪、CCD摄象仪监视系统、表面及内部结构缺陷无损伤检测仪、光学安全与防伪检测仪等,而且还广泛应用于各类仪器仪表的信息显示、设备互连和结果打印,对光仪电产业起着重要的支撑推动作用,推动着现代仪器仪表产业发展。
智能光指针显示、光柱仪表显示器、光学仪表板、场致(电致)发光显示屏、光万用表等都是它在仪器仪表产业中的一些典型应用。
(三)世界光电子产业发展热点
在规模宏大、内容丰富的光电子领域,光通信与光网络的创新不断、光存储与光显示的潜力无穷和固态照明拥有的光明未来、多晶硅材料供不应求,是近年来光电子产业发展的四大热点,正成为产业发展的引擎。
1、光通信与光网络创新不断
数据化、宽带化、综合化已成当前通信技术发展趋势,通信网络则向更加智能化、多业务、高性能、低成本、兼容性、灵活性和高可靠性方向发展。
近5年来,尽管国际通信业并不景气,光纤通信业界处于动荡时期,大批中小企业破产或重组,但技术改进从未停滞,依旧蓬勃发展,创新不断。
光波分复用(WDM)技术的出现与发展,为通信网提供了巨大的传输容量和相对低廉的传输成本,有力地支撑了上层业务和应用的发展。
但是,普通的点到点WDM系统只提供原始的传输宽带。
随着网络应用加速向IP汇聚,需要建立一个经济高效、灵活扩展和支持业务服务质量(QoS)的光网络,以便进一步满足IP业务对信息传输与交换系统的要求。
为此,传统光网络正朝着智能化光网络(自动交换光网络ASON)演进,下一代网络(NGN)及开放的业务平台已经提上了各国的研究日程。
伴随骨干网和用户带宽的快速增长,接入网的宽带化、IP化和高性价比成为重要发展趋势。
在有线接入方面,除了发展xDSL和以太网等宽带接入技术外,以EPON/GPON为代表的宽带光接入技术也将成为研究与应用重点,光纤到驻地直至到户将逐步得到普及,目前处于全球领先的日本在光纤到户方面已进入服务阶段。
在无线接入方面,具有更高速率、频谱效率和智能的新一代宽带移动通信技术也将获得应用。
2、光存储与光显示潜力无穷
信息存储与显示是人类应用信息最基本的两个环节。
随着信息社会的到来,人们对信息的存储与显示提出了永无止境的要求,包括对信息存储的容量、数据传输的速率和可靠性,以及对信息显示的质量和范围的高要求。
由于社会信息总量以指数函数方式增长,信息存储与显示技术必须与之相匹配。
预计存储密度的增长率不会低于摩尔定律,今后15年内信息存储量将增长近300倍;显示系统的清晰度则将至少提高10倍,达到4096像素,相应的传输速率将提高100倍。
能满足未来信息存储需求的重要技术之一是光存储。
光盘作为光存储介质,还存在较大技术发展空间。
除了利用短波激光器、大数值孔径物镜及各种超衍射极限分辨率技术以进一步减小记录信息符的尺寸之外,还可实现三维、多重多维信息存储。
而且,由于光盘可以高速复制,生产成本低,因此它在未来信息社会中可能成为最主要的信息传播媒体。
特别是当社会信息资源加工形成规模,全面实现数值化、标准化、网络化和智能化管理时,容量达到TGb量级的光盘将成为为个性化实时电子出版物服务的主要载体。
目前,新一代光盘的竞争在国际上已经开始。
在信息显示领域,尽管目前普遍使用的阴极射线管技术相当成熟,但已经不能适应未来高亮度、高分辨率、大屏幕尺寸、大信息量、平板化、柔性化及集成化的显示发展要求。
近年来蓬勃发展的发光二极管显示、液晶显示和等离子体显示,已经成为当今信息显示的主流产品;场发射平板显示、有机发光二极管显示等虽然尚未获得大规模应用,但由于其具备电耗低、画面品质高、视野宽等优势,代表了未来超薄显示的发展主流,将成为液晶和等离子显示的强劲对手,是发展潜力巨大的显示技术。
3、固态照明拥有光明未来
固态照明是指用全固态发光器件作为光源的照明技术,目前主要包含半导体照明的发光二级管、LED灯和有机物发光二极管OLED。
半导体LED灯作为照明光源,其光电转换效率高、供电电压低、使用寿命长,既可以有选择地发出单色光,也可以高效发出白光,可以大大节约电能。
如高效率白光发光二极管作为新型高效节能固体光源,使用寿命超过10万小时,比白炽灯节电5-10倍,既节约能源又减少环境污染。
为此,不少国家都制定了发展计划,积极抢占该产业发展的制高点。
根据美国固态照明LED路标,预计未来20年内,随着高效发光GaN系材料生产技术和高亮度LED器件封装制备技术的突破,半导体白光照明将成为照明技术的主流。
美国能源部也曾预测,到2010年,美国将有55%的白炽灯和荧光灯被半导体灯所替代,每年节约电费可达350亿美元,半导体灯将形成500亿美元的大产业。
目前我国能源危机日益严峻,预计2010年用电量将达到2.7万亿度,其中照明用电量超过3000亿度。
由于同样亮度下,半导体照明用电量仅为白炽灯的1/10,所以有专家指出,只要有1/3的白炽灯被半导体灯取代,每年就能为国家节省用电近1000亿度,这相当于再造一个三峡工程。
因此,从技术和应用来看,固态照明具有非常光明的发展前景。
4、全球多晶硅供不应求
作为半导体、太阳能电池的重要原材料的多晶硅产品,目前世界市场供应紧张。
特别是以欧洲为中心的太阳能电池市场的迅速扩大,更使得多晶硅的供应雪上加霜。
2006年国际市场上多晶硅的价格一度攀升至80~100美元/公斤。
在2006年、2007年这种多晶硅供需不平衡的局面将会愈演愈烈。
(1)供应
世界多晶硅主要生产企业有日本的Tokuyama、三菱、住友公司、美国的Hemlock、Asimi、SGS、MEMC公司,德国的Wacker公司等,其年产能绝大部分在1000吨以上,其中Tokuyama、Hemlock、Wacker三个公司生产规摸最大,年生产能力均在3000-5000吨。
据国外资料分析报道,2005年全球多晶硅产量为28800吨,其中半导体级为20250吨,太阳能级为8500吨,半导体级需求量约为19000吨,略有过剩;太阳能级的需求量为15000吨,供不应求,从2006年开始太阳能级和半导体级多晶硅需求的均有缺口,其中太阳能级产能缺口更大。
(2)需求
当前,晶体硅材料(包括多晶硅和单晶硅)是最主要的光伏材料,其市场占有率在90%以上,而且在今后相当长的一段时期也依然是太阳能电池的主流材料。
多晶硅的需求主要来自于半导体和太阳能电池、按纯度要求不同,分为电子级和太阳能级。
其中,用于电子级多晶硅占55%左右,太阳能级多晶硅占45%。
随着光伏产业的迅猛发展,太阳能电池对多晶硅需求量的增长速度高于半导体多晶硅的发展,预计到2008年太阳能多晶硅的需求量将超过电子级多晶硅,至2010年太阳能电池用多晶硅至少在30000吨以上,表1给出了世界太阳能多晶硅供需的预测。
表1:
太阳能电池用多晶硅供需差(估计) 单位:
吨
2006年
2007年
2008年
2009年
2010年
可供量
10400
12400
13400
电池以15%增长需要量
11500
13230
15210
17492
20115
不足量
1100
830
1830
电池以30%增长需要量
13000
16900
21970
28561
37129
不足量
2600
4500
8570
资料来源:
金属时评,2005年
(3)技术
多晶硅材料的生产技术长期以来掌握在美、日、德等3个国家7个公司的10家工厂手中,形成技术封锁、市场垄断的状况。
目前在国外半导体级多晶硅生产技术中,除西门子法生产多晶硅的工艺外,还有硅烷热分解生产棒状、粒状多晶硅工艺以及SiH2Cl2热分解法等多种工艺。
其中,改良西门子法占全球产量的80%以上,以生产棒状多晶硅为主、粒状多晶硅为辅,其主要优点是节能降耗显著、成本低、质量高、对环境不产生污染,具有明显的竞争优势。
随着今后单晶直径增大,石英坩埚同时被要求增大到极限时,可能会加大采用连续供料拉晶法,使粒状多晶硅的需求量与生产量提高。
太阳能电池用的多晶硅,以前主要采用铸造硅技术生产,目前已经开始使用部分半导体级低档多晶硅和单晶硅的头尾料进行生长。
多晶硅的短缺已经引起了各个电子行业巨头的警惕。
目前世界9大多晶硅厂商竞相开发直接由冶金级硅制造太阳电池等级多晶硅的新技术,如表2。
预计2007年后将陆续投产,成本约为目前多晶硅的一半,到2008年才能解决太阳能电池产业原料短缺的问题。
表2制造太阳电池等级多晶硅的新技术
公司
国家
原料
工艺
生产目标(吨/年)
预期开工时间
Wacker
德国
三氯硅烷
流化床反应器
至少500
2007年初
JSSI
德国
硅烷
管式反应器
800(试产)
2007年初
SGS
美国
硅烷
流化床反应器
2600-4300
2008年初
Hemlock
美国
三氯硅烷
流化床反应器
3000-5000
2008年中
Tokuyama
日本
三氯硅烷
气-液沉积
数千
2008年
Chisso
日本
四氯化硅
锌还原
未知
未知
Elkem
挪威
冶金级硅
除渣/蚀刻/精炼
2000-5000
2007/2008年
Invensil
法国
冶金级硅
等离子纯化
未知
未知
Sunergy/ECN/SintefScanarc
荷兰/挪威/瑞典
高等级石英/碳黑
碳热还原
500-1000(试产)
2007年
资料来源:
化工资讯与商情,上海科技情报所翻译整理
二、我国光电子产业发展现状
(一)产业发展概况
近10年来,我国光电子技术研究在国家“863”计划和有关部门的支持下有了突飞猛进的进展,在很多领域同国外先进水平差距缩小,某些技术和产品已经达到或接近国外先进水平,个别领域还处于世界领先地位。
目前,我国光电子产业每年以20%左右的速度增长,光电子产业约占全球市场的5%,估计到2010年,我国将有450多亿美元的产值,将占全球10%左右的市场份额。
为了推进光电子领域关键技术的研发进程,全国建立了11个国家级光电子重点实验室和5个教育部所属的光电子重点实验室,5个激光光电子国家级研究中心,4个激光光电子国家工程技术中心,培养了一批高水平的光电子技术研究开发骨干队伍,形成了比较完整的配套研发体系。
当前,我国光电子产业的快速发展,主要体现在以下5个产业领域:
1、光电器件
国内光电子产业在光电子器件、部件和子系统(如激光器、探测器、光收发模块、EDFA、无源光器件)等已经占领了国内较大的市场份额,初步具备同国外大公司竞争的能力,在毫无市场保护的情况下,靠自己的力量争得了一席之地,市场营销逐年有较大的增长,个别产品还取得国际市场相关产品中的销量最大的成绩。
我国相应研究发展基地和本领域高技术公司的许多产品填补了国内相关产品的空白,打破国外产品在市场上的垄断地位,同时争取进入国际市场。
2004年全国LED产量达到200亿只,增长率为25%,其中超高亮度LED约50亿只,增长率约50%。
普通亮度LED芯片产量为30多亿只,超高亮度芯片(含四元系AlGaInp和GaN基蓝、绿芯片)产量为15亿只~20亿只。
LED产值约130亿元,增长率为30%,从事LED的企业约500家(含LED应用产品开发和生产企业),从事LED产业的就业人员约4万人。
目前LED产品的品种较全,除了普通的LED产品之外,还有各种背光源、信号灯、白光LED、功率LED以及LED特种照明产品等。
LED产业的整个产业链配套能力还是较强的。
2、LED显示屏
从1993年至今,全国LED显示屏市场保持持续增长态势,年平均增长率为40%左右。
2004年LED显示屏行业年销售额在1000万元以上的企业数目超过了50家;总销售额为24亿元,比上年增加了5亿元,增幅,为26%,其中全彩色显示屏增至11亿元,增幅达38%。
若按重点企业的销售额占全国的80%计算,全国的LED显示屏销售总额约为30亿元,比2003年的24亿元增加了6亿元,约增长25%。
3、液晶领域
2004年是我国液晶行业发展的好年头。
在2003年恢复性增长的基础上,全行业各方面都有了显著的增长。
尤其是国内两大电子厂商上广电和京东方启动了第5代TET-LCD生产线的建设,这将极大地改变中国液晶行业的面貌,使中国液晶产业进入发展的快车道。
截至2004年底,液晶行业协会会员发展到了119家。
2004年全行业销售总值达到132.46亿元,比上一年增加73.06亿元,增长123%,其中液晶显示器件销售额107.79亿元,占81.38%;相关材料销售额12.04亿元,占9.09%;制造设备销售额1.29亿元,占0.97%;其他(包括配套服务、贸易等)11.34亿元,占8.56%。
4、激光领域
经过40余年、几代人的艰辛努力,我国激光光电子学研究获得了重大发展,不仅取得许多具有国际先进水平的科研成果,而且还成功地推动了一大批实用技术的发展。
据不完全统计,目前我国从事激光技术研究、激光应用产品研制生产的单位有400余家(不含光显示、光存储及一些光通信设备如光纤的生产单位),其中常年有定型产品生产和销售并具有一定规模的生产单位有200余家,从业人员近3万人,已经形成一支具有相当实力的产业队伍。
2004年已出现8个年销售额超亿元的生产单位,我国激光、光电子技术和产业继续保持良好的发展势头。
截至2005年7月底,全国共有220家生产单位(其中,激光产品生产单位137个,全息制品生产单位83个)上报了统计数据,在不包括激光音像制品与设备、光通信工程、激光条码等情况下,2004年全国激光产品市场销售总额达到36.89亿元,比2003年的28.62亿元增长28.9%。
其中,激光产品的销售额为29.76亿元,比2003年的24.04亿元增长23.8%;全息制品的销售额为7.13亿元,比2003年的4.58亿元增长22%以上。
受国内外多种不利因素影响,2004年中国激光产品出口创汇再度下滑,由2003年的2157.27万美元,降至1717.86万美元。
出口创汇主要产品为:
光通信、激光加工和激光元器件等。
5、红外技术
目前,我国的红外技术依然处在产业化的进程之中,较具规模的红外机构约有30家,其中多数为科研机构。
在体制上,大部分机构实现了从事业单位向企业的转型,它们分别属于电子、兵器、航空、航天和船舶等集团公司。
更多的红外机构或是规模偏小,或是独立法人的下属部门。
随着改革的深化,已从科研院所和工厂独立出一些专业公司,其规模虽然偏小,产品较单一,但是市场竞争能力已有所增强。
例如:
人工晶体研究院改制后,2003年和2004年的产值和销售额均递增约50%。
近年在红外高技术领域组建的一些公司(包括民营公司)具有较强生命力,如:
进口非制冷焦平面阵列芯片后制造并销售非制冷热像仪的几家公司。
外资和合资企业正在中、高端产品领域扩大它们的市场份。
(二)我国和国外光电子产业发展的差距
通过对国际和国内光电子技术和产业领域的分析,可以看出,光电子技术和产业是我国与国际水平差距相对较小的一个领域。
目前的差距主要表现在:
1、在器件综合水平方面,我国在通信领域常常是自己搞系统,器件靠进口,而器件产品是代表一个国家技术水平的关键。
今后通信、信息系统的发展对光电子的器件及其集成技术的依赖程度越来越高,这就使单纯搞系统的做法越来越没有发展空间。
2、在研发水平和产业化能力上,发达国家已经开始向集成化转变,而我国尚不能迅速及时地把研究成果转化为生产力,且创新能力较差。
研发仍处于跟踪科研阶段,产品附加值低,缺乏具有自主知识产权的重大创新技术和产品。
3、技术实力不足。
光电子产业过于“基础”、过于“高难”,属于“技术推动”之列,我国的技术实力不足,产业的发展主要以市场拉动,技术主动推进型的发展较少。
4、资金不足和人才匮乏是制约我国光电子产业发展的两道“瓶颈”。
主要是从事基础研究的人才严重匮乏,缺少国家风险投资管理体系和风险投资的专门管理人才及有胆识的企业家,资金投入不足,严重制约了我国在研发方面的进展。
5、在机制上仍未摆脱科研、生产、市场相互脱离的状况。
三、西安光电子产业发展现状及对策
(一)西安光电子产业发展现状
目前,西安地区光电子领域的企业数共有217家,主要集中在光电子材料、光通信器件和光电测量仪器等领域。
根据西安市统计局以及西安国家光电子基地对西安地区光电子企业的调查统计,2004年西安地区的光电子行业工业总产值为55.5亿元,主营收入50亿元,利润3.3亿元,出口3亿元,全部从业人员2万人;2005年,西安地区的工业总产值为47亿元,主营收入44亿元,利润1.8亿元,出口4.8亿元,全部从业人员2万人。
和上年比较,工业总产值下降了15.3%,主营收入下降了12%,利润下降了45.4%,出口增加了45.5%。
下降的原因是由于国内显示器件正处于由传统的CRT显示器向先进的液晶和平板显示器件更新换代的转型时期,作为我市骨干龙头企业的彩虹显示器件股份有限公司加快了产品结构调整,现有传统产品的生产及销售大幅度下降,造成工业总产值减少了11.2亿元、主营收入减少了11亿元、利润-2.67亿元。
剔除彩虹公司的特殊因素,我市其它骨干及中小光电子企业则保持着稳步增长的态势,其中工业总产值增加2.5亿元,增长10%;主营收入增加5亿元,增长24%;利润增加0.23亿元,增长16%;出口增长8%;全部从业人员基本保持持平。
整个产业的主营收入及利润增长呈现快速发展的良好态势,出口额及比例也比往年有了显著的提高。
2006年我市光电子产业继续保持着快速的发展,预计工业总产值达到51.23亿元,主营收入达到49.2亿元,利润达到2.07亿元。
(2006年相关数字市统计局5月份才能对外公布)
根据市统计局提供的数据分析,我市光电子产业呈
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