我国LED产业自主创新困境成因及解决路径探析

2014-09-19 08:34方金城朱斌张岐山

商业研究 2014年4期

方金城+朱斌+张岐山

文章编号：1001-148X（2014）04-0136-06

摘要：从我国LED产业的发展现状入手，本文厘清了制约LED产业自主创新的主要因素，分析了其自主创新存在的困境，并在此基础上阐明了各要素间相互作用关系；利用解释结构模型技术，推演建立系统多级递阶结构模型，剖析我国LED产业自主创新困境的形成过程与机理，并提出了我国LED产业自主创新能力提升的对策与建议。

关键词：LED产业；自主创新困境；影响因素；解释结构模型

中图分类号：F27644 文献标识码：A

收稿日期：2013-10-24

作者简介：方金城（1977-），男，福建福清人，福建工程学院交通运输系副教授，管理学博士，研究方向：技术创新与管理、系统工程与管理；朱斌(1957-)，女，江苏靖江人，福州大学创新与发展研究中心研究员，博士生导师，研究方向：技术创新与技术转移；张岐山（1962－），男，黑龙江绥化人，福州大学管理学院教授，博士生导师，管理学博士，研究方向：系统工程、企业资源规划、企业信息化和灰色系统。

基金项目：福建省社会科学规划青年项目，项目编号：2011C001；福建省教育厅科技项目，项目编号：JA11192；福建工程学院科研发展青年基金项目，项目编号：GY-S10051。LED产业是我国战略性新兴产业的重要产业，是新材料产业的皇冠［1］。2003年以来，在“国家半导体照明工程”、“十城万盏”等一系列利好政策的推动下，我国相继形成了上海、大连、南昌、厦门、深圳、扬州和石家庄等国家半导体照明工程产业化基地，长三角、珠三角、闽三角以及北方地区，成为我国LED产业发展的聚集地。2009年11月中央政府将光电子产业纳入我国战略性新兴产业，国内越来越多的地区把LED产业列为发展重点，LED产业在我国各地呈现出蓬勃发展的势头。2012年我国LED产业产值达到2 059亿元，同比增长337%。未来两至三年，我国LED产业产值将继续保持30%左右的年增长幅度，预计到2015年我国LED产业年产值将达到4 500亿元［2-3］。随着LED产业的快速发展，近年来我国LED技术明显提高，与国际先进水平的差距逐步缩小，我国LED产业已初步形成了从上游衬底、外延，到中游芯片，再到下游封装、应用产品在内较为完整的产业链。在衬底领域，我国已掌握了具有自主知识产权的硅衬底制备技术，打破了一直以来由日本Nichia公司垄断蓝宝石衬底和美国Cree公司垄断碳化硅衬底技术的局面，形成了蓝宝石、碳化硅、硅衬底技术三足鼎立的局面。在外延片领域，我国自主研发的硅衬底GaN基外延生长技术也日趋成熟。在芯片和封装领域，国产功率型照明级LED芯片技术及其封装工艺，在光效、寿命以及可靠性等性能方面都取得较大进展，尤其在超高亮度白光LED上，国产技术已实现了对国外技术的赶超。此外，在LED技术集成应用上，国内LED产品领域已从较为成熟的指示显示、景观照明等领域，向普通照明、道路照明、大尺寸超薄背光源、汽车灯、3D显示屏等领域延伸［1］。

一、我国LED产业自主创新困境及其成因近年来，尽管我国LED产业发展态势良好，产业技术进步比较快，但就产业自主创新而言，我国LED产业总体状况不容乐观，主要表现为产业原创性技术缺乏、关键核心技术严重依赖进口、产业自主研发能力薄弱、产品相互模仿抄袭成风、产业市场同质化竞争严重。截至2011年8月，我国登记注册的LED企业有4 000多家，其中从事衬底、外延制备的上游企业不到10家，而中游芯片企业也仅有40余家。由于自主创新不足、核心技术与自主知识产权缺乏，我国95%以上的LED企业位于产业链的下游，以封装和各种LED应用产品制造为主，从事产业微笑曲线低附加值的中下游环节生产经营［4］。统计数据显示2011年我国LED外延芯片、封装和应用的产值比约为3:16:58，而衬底则主要依赖进口［1］，产业自主创新乏力已成为制约我国LED产业做大做强、持续发展的主要瓶颈。总第444期方金城：我国LED产业自主创新困境成因及解决路径探析••••商业研究2014/04为了进一步厘清LED产业自主创新困境问题，课题组在福建省政府发展研究中心、泉州市科技局和厦门光电子行业协会的牵线帮助下，先后走访了三安光电、乾照光电、厦门华联电子、福晶科技股份有限公司、苍乐电子企业有限公司、鸿博光电科技有限公司、泉州和谐光电、晶蓝光电科技有限公司、万邦光电科技有限公司等多家LED知名企业。通过与受访企业的技术经理、研发主管进行意见征询，收集影响和制约LED产业自主创新的主要因素，并就各因素之间相互作用关系进行专家调查，列表描述如表1所示。

表1制约LED产业自主创新的影响因素及其相互关系关键问题：LED产业自主创新困难要素

序号[]影响因素（Si）[]Si的直接

影响因素[]要素

序号[]影响因素（Si）[]Si的直接

影响因素0

[]LED产业自主创新困难（S0）

[]S3,S4,S11,

S18,S22,S24[]13

[]创新分工协作平台与机制缺失（S13）

[]S20,S21

1[]产品市场低水平同质化竞争（S1）[]S9,S23[]14[]关键工艺装备严重依赖进口（S14）[]S112[]技术标准及检测体系缺失（S2）[][]15[]创新融资难（S15）[]3[]产业技术壁垒严重（S3）[]S6,S14[]16[]知识产权保护体系不完善（S16）[]4[]技术研发人才储备不足（S4）[]S12[]17[]企业创新意识淡薄（S17）[]5[]产业技术整合与创新成果对接难（S5）[]S2[]18[]创新环境不佳（S18）[]S1,S15,S16,S256[]核心技术专利缺乏（S6）[]S11,S19[]19[]产业教育科研与市场需求相脱节（S19）[]7[]产业集群根植性差（S7）[]S9[]20[]龙头企业带动性不强（S20）[]S7,S88[]产业配套与公共服务平台不完善（S8）[]S9[]21[]游弋性企业多（S21）[]S79[]产业布局缺乏系统规划（S9）[][]22[]合作创新缺乏（S22）[]S5,S10,S1310[]产学研合作不力（S10）[]S19[]23[]技术抄袭模仿严重（S23）[]S16,S1711[]创新技术基础薄弱（S11）[][]24[]创新投入不足（S24）[]S15,S1712[]LED人才培养体系不健全（S12）[]S19[]25[]基础研究与共性技术研发缺位（S25）[]

二、LED产业创新困境的解释结构模型构建解释结构模型（Interpretative Structural Model，ISM）是美国John Warfield教授1973年提出的，一种用以分析复杂的社会经济系统有关问题的模型化方法，主要是采用定性分析与定量计算相结合的办法，把复杂的系统分解成为许多个子系统，在人们实践经验和知识的基础上，加上电子计算机的帮助，将系统构成一个多级递阶的结构模型。ISM是经典的系统结构化模型技术，其基本原理是：通过问题发掘技术，提取系统问题的构成要素，利用集合论、图论、矩阵论和计算机等工具或技术，对要素和其之间的相互关系进行推演计算，再通过文字来说明全面揭示系统各要素的相互作用机理及层次关系，以提高人们对复杂问题的认识和理解［5］。（一）邻接矩阵与可达矩阵的建立将LED产业自主创新困难视为待解决的系统问题S，表1中序号为1-25的要素构成的集合，即为LED产业自主创新影响要素集合S={S0,S1,S2,…,S25}，根据上述专家调查所确立的系统要素关系和公式（1），建立系统问题的邻接矩阵A（篇幅限制，省略）。由公式（2）运用布尔运算法则，借助MATLAB70编程运算，求得可达矩阵M=(A+I)3，r=3，如式（3）所示。可达矩阵是系统元素连通关系的总体表征，它反映了创新影响要素经过r次作用传递后，所有可能的直接或间接影响关系。aij=1，要素Si与Sj直接相关

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0，要素Si与Sj不直接相关（1）A1≠A2≠…≠Ar－1=Ar=M（2）

（3）表2系统各要素的先行集、可达集、共同集和终止集先行集

A(Si)[]可达集

R(Si)[]共同集

C(Si)[]终止集

E(Si)[]先行集

A(Si)[]可达集

R(Si)[]共同集

C(Si)[]终止集

E(Si)0-25[]0[]0[]0[]7,8,9,13,20,21[]0,13,22[]13[]1,9,16,17,23[]0,1,18[]1[][]11,14[]0,3,14[]14[]2[]0,2,5,22[]2[][]15[]0,15,18,24[]15[]3,6,11,14,19[]0,3[]3[][]16[]0,1,16,18,23[]16[]4,12,19[]0,4[]4[][]17[]0,1,17,18,23,24[]17[]2,5[]0,5,22[]5[][]1,9,15,16,17,18,23,25[]0,18[]18[]6,11,19[]0,3,6[]6[][]19[]0,3,4,6,10,12,19,22[]19[]7,9[]0,7,13,20,21,22[]7[][]7,8,9,20[]0,13,20,22[]20[]8,9[]0,8,13,20,22[]8[][]7,9,21[]0,13,21,22[]21[]9

[]0,1,7,8,9,13,18,

20,21,22[]9

[][]2,5,7,8,9,10,

13,19,20,21,22[]0,22

[]22

[]10,19[]0,10,22[]10[][]16,17,23[]0,1,18,23[]23[]11[]0,3,6,11,14[]11[][]15,17,24[]0,24[]24[]12,19[]0,4,12[]12[][]25[]0,18,25[]25[]

（二）区域划分与级位划分1.区域划分。确定系统S各要素Si的先行集A(Si)、可达集R(Si)、共同集C(Si)和终止集E(Si)，如表2所示。由于篇幅限制，相关原理及步骤见文献［5］。由表2不难看出系统S存在唯一的终止集要素S0，故系统要素集合不可分割，系统为一独立完整区域，系统区域划分结束。2.级位划分。令L0=，依据公式（4），运用分级迭代算法，对系统S要素集合进行级位划分，得到π(S)=L1,L2,L3,L4,L5,L6。系统要素集合可划分为6个层级。其中L1=｛S0｝，L2=｛S3,S4,S18,S22,S24｝，L3=｛S1,S5,S6,S10,S12,S13,S14,S15,S25｝，L4=｛S2,S11,S19,S20,S21,S23｝，L5=｛S7,S8,S16,S17｝，L6=｛S9｝。Lk  ={Si ∈S-L0-L1-…-Lk-1 ｜Rk -1 (Si)∩Ak -1 (Si ) = Rk -1 (Si),i = 1,2,…,n-1} （4）（三）提取骨架矩阵按级位划分确定的要素排序，调整可达矩阵M的行列顺序，同时剔除自身到达的二元关系（S11→S0；S16→S18），得到系统S的缩减矩阵W。令I为与W同阶次的单位矩阵，演算得到该系统骨架矩阵存在且唯一：Q=W－I－(W－I)2 。限于篇幅，这里不具体列出。（四）绘制多级递阶结构模型图根据级位划分结果和骨架矩阵，绘制系统的多级递阶结构模型图，如图1所示。图1 系统的多级递阶结构模型图

三、我国LED产业自主创新困境成因分析系统解释结构模型的推演结果表明｛S2、S9、S11、S15、S16、S17、S19、S25｝是系统S的起始集。作为系统的源点，起始集要素是系统问题S0形成的根底原因，其作用路径揭示了系统问题的生成过程与机理。｛S3、S4、S18、S22、S24｝是S0的直达先行集，其反映了系统问题产生的直接原因。据图1所示的系统递阶结构模型及要素作用路径，我国LED产业自主创新困难的主要成因及其形成过程如下：从产业技术壁垒严重S3看，创新技术基础薄弱S11和产业教育科研与市场需求相脱节S19是该问题产生的根本原因。由于技术基础薄弱，我国LED产业在衬底提纯、外延制备与高端芯片设计领域等核心技术专利缺乏。目前，我国衬底、外延和高亮度功率型LED芯片及器件近80%需要依赖进口。产业教育科研与市场需求相脱节是我国科技成果产业化的重要瓶颈。受现有教育科研体制影响，我国高校科研院所在科研项目攻关上，过多重视理论创新和论文评奖，忽视了科研技术的实际市场需求与推广应用，这也致使了我国LED核心技术领域难以获得重大突破。就技术研发人才储备不足S4的成因而言，由于长期以来我国教育科研与企业实际市场需求相脱离，高校、科研院所对LED企业业务发展所需的知识、技能和素质要求缺乏动态了解，其人才培养体系与模式过于传统单一，导致我国 LED人才培养“适销不对路”，无法满足LED技术研发对创新人才的多样化需求［6］。从创新环境不佳S18看，产业布局缺乏系统规划S9、创新融资难S15和基础研究与共性技术研发缺位S25是该问题产生的根源。截至2012年底，我国已有28个省市相继兴建LED光电产业园区，这些园区定位模糊、建设内容扎堆重复，多数集中于封装和照明显示等下游应用领域。由于缺乏前瞻性规划，园区产业配套与公共服务平台不完善，产业集群根植性差，游弋性企业多，龙头企业的带动和辐射作用难以发挥，产业创新的分工协作平台打造困难。作为新兴产业，LED技术淘汰快，创新投入高、风险大，产业创新融资特别困难。由于资金筹措问题，很多LED企业技术研发被迫推迟、中断甚至完全停顿，最后不得不重新走上低技术或模仿抄袭的老路。此外，基础研究和共性技术研发缺位也是我国LED产业技术创新的拦路虎，它直接影响了产业科技资源共享与优化整合，并导致LED产业研发活动成为无本之基。就合作创新缺乏S22看，技术标准及检测体系缺失S2、产业布局缺乏系统规划S9和产业教育科研与市场需求相脱节S19是该问题形成的重要缘由。由于缺乏统一的产业技术标准与检测体系，我国LED企业各自为政，产品性能参差不齐、互不兼容，产业技术整合与创新成果对接困难。各地LED产业布局缺乏系统规划，产业配套服务不完善，企业集群地域根植性差，龙头企业带动作用难以发挥。产业教育科研与市场需求相脱节则导致了LED产学研合作成效欠佳。从创新投入不足S24看，LED企业创新意识淡薄S17和创新融资难S15是该问题产生的主要诱因。目前，我国近九成LED企业存在重规模产量、轻技术含量，重引进模仿、轻创新创造的现象［7］。多数企业小富即安，满足于简单工艺仿造和来料加工，创新意识淡薄，技术发展走一步看一步。外加LED科技创新融资困难，企业实际研发投入严重不足。以LED发展重地广东佛山为例，2009-2011年，该地区约39%的企业没有研发投入，41%的企业研发投入占销售收入比例仅在1%至5%之间［8］。

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四、提升LED产业创新能力的路径与对策在微观层面，LED企业作为产业自主创新的主体，应不断增强创新意识，坚定不移地把科技创新和技术进步作为企业发展的首要推动力，创建有利于自主创新的企业文化制度与开放式创新体系［9］，以LED市场需求为导向，加大科技研发投入，通过原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新相结合，广泛开展各种形式的自主创新活动，持续提升企业技术创新能力。在中观层面，LED行业协会应牵头组织产业龙头企业与上中下游骨干企业，加快建立健全LED产业国家技术标准和检测、认证体系。借鉴美国Gateway示范评估做法，组织开展LED终端应用示范项目，详细定量LED产品、元器件的性能参数和成本效益，通过鼓励、支持商业化示范性应用，促进形成以下游产品应用创新倒逼产业技术链整体创新的带动效应。以“闽台LED标准互认”和“两岸产业共通标准”为契机，不断深化与台湾LED行业协会的交流与合作，稳步推进两岸LED产业技术对接与项目研发合作，高效整合两岸产品、技术和专利等优势资源，合理规避LED产业自主创新中的技术壁垒，加快形成两岸LED产业协同创新的新局面。在宏观层面，政府应加大LED产业发展的顶层设计，各地LED产业规划时应结合区域产业特点和资源优势，统筹布局科学规划，避免低水平重复建设与同质化恶性竞争。优先对LED产业自主创新产品实施“合同能源管理（EMC）”进行审批认定，开辟EMC保理融资业务绿色通道，建立健全包含LED产业在内的战略性新兴产业科技创新的风险投资、补偿与融资担保等特别投融资机制。构建并完善LED产业知识产权保护体系，定期追踪发布LED产业技术前沿与专利动态信息，积极引导企业不断提升知识产权创造、运用、保护和管理能力。大力强化知识产权执法力度，努力制定并实施有利于LED产业自主创新的知识产权战略，形成符合市场竞争需要的战略性知识产权组合［10］。以高等学校创新能力提升计划（2011计划）推进为切入点，逐步清除教育、科研与产业发展之间的体制壁垒，紧紧围绕LED产业发展急需解决的核心技术、关键共性技术和基础研究问题，加快培育大批拔尖创新人才，通过联合高校、科研院所、LED行业企业和地方政府等优势资源，不断强化政产学研用一体化合作，为LED产业自主创新增添新的引擎动力。

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On the Reasons of the Independent Innovation Dilemma of LED Industry

and the SolutionsFANG Jin-cheng1 ，ZHU Bin2，ZHANG Qi-shan3

(1. Department of Transportation, Fujian University of Technology, Fuzhou 350108, China;

2. Research Center for Innovation and Development, Fuzhou University, Fuzhou 350002, China;

3. School of Management, Fuzhou University, Fuzhou 350002, China）

Abstract：Starting with introducing the development situation of LED industry in China, this paper pointed out main factors restricting the independent innovation of LED industry, analyzed the dilemma existing in its independent innovation, and clarified interaction relationship between various elements. Then the paper built multilevel hierarchical structure model of system problem, and revealed the forming process and mechanism of the independent innovation dilemma of LED industry by the interpretative structural modeling method. At the end, it proposed the countermeasures to improve the independent innovation capability of LED industry in China.

Key words：LED industry;independent innovation dilemma; influence factors; interpretative structural modeling

（责任编辑：关立新）