LED照明：商業(yè)化即將到來

　　隨著LED發(fā)光效能(流明/瓦)的持續(xù)改善和價格不斷下降，LED正在驅動一些新的照明應用。今天，高亮度LED在一些適合通用照明的應用中正變得越來越普遍，如閃光燈，園林/景觀照明和小型閱讀燈。

　　專業(yè)室內照明產(chǎn)品，像畫像燈光照明等也開始結合無線、電池供電、高光通量LED燈具。LED在室內照明系統(tǒng)的優(yōu)勢是照明裝置可以很容易地安裝在墻上無需任何昂貴的布線。 LED的也越來越多地被考慮其他各種專業(yè)照明應用，如外科手術燈，機器視覺，軍事照明及演唱會的燈光。

　　在許多情況下， LED在現(xiàn)有的應用中開始取代熒光燈和白熾燈。這是因為LED只從裝置的前端發(fā)光，因此一個60-70 lm /W的LED燈可以媲美傳統(tǒng)的100 lm /W全方位熒光燈。

表1  通用照明應用解決方案比較
來源：http://www.productdose.com/LightBulb_Comparison.xls，2007 年10月

　　主流的通用照明包括企業(yè)照明和消費者的家庭照明。高光通量的LED最終的潛在市場是針對數(shù)十億美元的室內和室外的家庭以及企業(yè)通用照明市場開發(fā)具有成本效益的白光照明解決方案。

　　根據(jù)iSuppli統(tǒng)計，2006年全球通用照明燈具市場達到約170美元億元。此外，2006年全球照明配件市場約在30億美元左右。

　　通用照明市場固態(tài)照明的潛在優(yōu)勢有：

　　·減少能源消耗：各種研究機構的研究都和美國能源部指出的一樣，住宅照明占到全球能耗的25%到30%之間。LED是比現(xiàn)有的白熾燈和熒光燈更高效的照明解決方案，并且在燈泡的整個壽命期節(jié)省大量的能源。據(jù)估計，用LED燈代替100萬只白熾燈可節(jié)約230kmW/h或每年約2500萬美元(以單價0.11/kwh計算)。

　　·更高的可靠性：LED比其他光源更可靠，LED燈泡壽命是白熾燈泡的40倍。相比緊湊型熒光燈(CFL)不含有污染的汞。

　　·更高的設計靈活性。

改善性能

　　不過，為了成功地打入主流市場，例如住宅和企業(yè)的通用照明應用，LED必須在成本和性能的基礎上與現(xiàn)有的白熾燈和熒光燈照明技術競爭。目前，LED燈前期成本以流明1美元計算大大高于大多數(shù)通用照明用的常規(guī)燈。 iSuppli估計，目前LED燈泡作為通用照明的初步費用至少是熒光燈的25倍。為了成功進入這一市場，需要在功率轉換效率、顏色指數(shù)和光輸出和成本比例(采用$/lm計算)等方面進行改善。

　　表1提供了主流照明技術的比較。雖然LED開始變得有競爭力，但還需進一步改善以提高接受度，這些改進相信很快會出現(xiàn)。

　　為了應付這些挑戰(zhàn)，三大主要的照明產(chǎn)品國際供應商都成立了合資的固態(tài)照明公司。隨著LED技術的進步，這些照明公司獲得了合資公司完整的所有權。

　　飛利浦：飛利浦與安捷倫成立了一個合資公司Lumileds，開發(fā)高光通量LED，并在2005年收購了安捷倫的股份。該公司一直是最積極地致力于把固態(tài)照明系統(tǒng)引入到通用照明市場。2007年早些時候，該公司宣布已簽署了一項最終協(xié)議，以790萬美元收購Color Kinetics公司。合并后的實體將在飛利浦固態(tài)照明解決方案公司的名下運營，產(chǎn)品線采用飛利浦/Color Kinetics聯(lián)合品牌。

　　歐司朗：歐司朗建立了Opto半導體公司，在汽車，建筑和通用照明市場開發(fā)高亮度 LED照明解決方案。如前所述，公司已與幾家汽車制造商合作聯(lián)合開發(fā)車用固態(tài)照明系統(tǒng)。歐司朗還一直與幾家領先的照明設計公司合作開發(fā)建筑內部和外部照明用LED 。并且開發(fā)出了Golden Dragon系列高功率LED用于中等亮度照明和束燈應用。該公司已宣布說，其中一款配有20 °鏡頭的Golden Dragon產(chǎn)品在工作電流350 mA的情況下典型亮度為60 lm，并且達到54 lm/W 的效率。這款LED產(chǎn)品實現(xiàn)了155 cd的發(fā)光強度。歐司朗還發(fā)布了“ ostar照明”，這是一個可以產(chǎn)生超過1000lm的 高亮度白光LED。它的功效在350mA工作電流下可達到75lm/w。歐司朗已經(jīng)在2007年第二季度開始批量生產(chǎn)。

　　通用照明 ：通用電氣與EMCORE合資成立了GELcore。在2006年8月，通用電氣宣布購買EMCORE的股權。該公司已簽署協(xié)議與Nichia合作開發(fā)和推廣高光通量LED。并且還宣布為沃爾瑪牌的冰箱供應LED照明產(chǎn)品。

　　其他幾個領先的制造商也在瞄準通用照明市開發(fā)高光通量LED產(chǎn)品。其中許多公司正在調整開發(fā)重點，從低功率亮度增強轉向高功率功耗提高，同時針對消費終端市場悄悄地發(fā)展的供應鏈關系。為此，像Cree公司和Toyoda Gosei正在減少對單純芯片開發(fā)的關注，而轉向成為高功率LED供應商。這些公司也在正尋求并購目標或與區(qū)域性公司結盟，尋求通用照明市場新興的機會。

　　Cree公司：高光通量LED元件市場的領導者。據(jù)報道，在2006年開發(fā)出發(fā)光效率131lm/W的高光通量白光LED的原型(ezbright  LED芯片)。在2007年9月，該公司宣布已取得129lm/W效率的135.7lm光輸出的研發(fā)成果用于冷白光LED，和99lm/W效率的104.2流明光輸出用于暖白光LED。該公司還宣布，它已經(jīng)取得通過一個LED芯片實現(xiàn)超過1000流明的光輸出的研究成果——相當于一個標準的家庭燈泡的輸出水平。這個4A電流驅動的單一裸片LED在冷白光下產(chǎn)生1050lm，暖光下產(chǎn)生760lm，冷白光LED的效率是72lm/W，暖白光效率是52lm/W。

　　首爾半導體在2006年12月宣布LED產(chǎn)品P4 。P4是單顆裸片，在1A驅動下光輸出達到240lm，發(fā)光效率在350 mA 電流驅動下達到100 lm/W。該公司計劃2007年把P4的發(fā)光效能提高到135 lm/W，2008年一季度提高到145 lm/W。

　　制造商也在開發(fā)改良的熱管理解決方案，將多個高光通量白光LED做到一個封裝中。Color Kinetics，Lamina、TerraLUX和enLUX等幾家公司在開發(fā)光源引擎，把少量的白光LED(通常少于50個)組合起來達到和單一的熒光管相近的光輸出。


圖1  LED發(fā)光效率和成本的預測

市場接納

　　2006年LED在全球180億美元的照明產(chǎn)業(yè)市場所占比例幾乎可以忽略不計。iSuppli公司認為LED不太可能在2009年前滲透到通用照明市場，因為成本較高和LED燈具較差的色彩表現(xiàn)。傳統(tǒng)照明方式仍然是更經(jīng)濟并且更容易替換。

　　但是，有幾大因素的出現(xiàn)正在推動LED通用照明市場的前景：

　　·近期緊湊型熒光的發(fā)展以及獎勵LED的興起都受到法規(guī)的促進：通用照明市場目前正處于家庭和企業(yè)照明從白熾燈向緊湊型熒光燈過度階段。這一轉變是受法規(guī)的推進，來自政治、社會和環(huán)境的迫切壓力需要降低企業(yè)和個人消費的能源消耗，以及全球性的環(huán)保照明需求日益增加。

　　部分國家(澳大利亞、古巴、委內瑞拉)、歐洲聯(lián)盟和美國的一些州和加拿大的部分省已經(jīng)立法，要求引進熒光燈淘汰白熾燈。

　　2007年年初，澳大利亞政府宣布一項為期三年的計劃，用節(jié)能的緊湊型熒光燈逐步取代白熾燈泡。政府已經(jīng)宣布在2009年到2010年將設立電燈的最低能耗目標，并在2012年禁止一般用途的白熾燈。

　　歐洲聯(lián)盟計劃到2 020年削減溫室氣體排放量的2 0％，并已提出到2009年禁止使用白熾燈泡作為實現(xiàn)這一目標的部分戰(zhàn)略。

　　美國參議院能源委員會正在制定一項法案，訂定的目標日期禁止某些類型的燈泡在美國銷售。

　　美國加利福尼亞州也提出兩項建議，一是草擬條例預計到2012年禁止出售的一般用途的白熾燈。另一項建議是對各類照明執(zhí)行性能標準，以實現(xiàn)低能消耗的目標。

　　此外，加拿大的安大略省和新西蘭等國家都將在最近幾年開始禁止賣的白熾燈泡。

　　這些禁止使用的白熾燈泡的法令和消費者對緊湊型熒光燈逐步的認識正在廣泛地促進緊湊型熒光燈在商用、零售和消費市場的發(fā)展。目前，緊湊型熒光燈的價格正處在一個經(jīng)濟可行的合適點上。

　　·LED技術的進步：如前所述， LED制造技術、材料和處理技術的發(fā)展正在儲蓄促進高亮度白光LED發(fā)光效率的改善，并且降低單位流明的成本。Cree公司，歐司朗，Nichia和飛利浦等公司正在提高LED光源的性能。另外，規(guī)?；a(chǎn)后將繼續(xù)縮小固態(tài)照明和緊湊型熒光燈之間的價格差距。

　　iSuppli的充分期待，LED和照明設備制造商將繼續(xù)通過加強技術累積、芯片設計和封裝技術來改善成本-照明-發(fā)光-效率比例。

　　圖1是LED發(fā)光效率和成本的預測。iSuppli預測，LED每lm的成本將從2005的$0.22/lm降到2009年的大約$0.01 /lm。

　　·政府舉措：美國能源部估計，目前在美國約有40億個螺旋插座配有白熾燈泡。美國能源部正在為2012年的固態(tài)照明市場擬訂一個大膽的商業(yè)計劃：1.把68lm/W發(fā)光效率(冷白光產(chǎn)品)以及88lm/W(暖白光LED)的SSL產(chǎn)品引入市場。2.每年銷售500萬高性能SSL照明產(chǎn)品。3.每年節(jié)約能耗19太瓦小時 (TWh)。

　　因此， iSuppli預計由于拉近了和緊湊型熒光燈的成本差距，LED將在2009年首先出現(xiàn)在主流的通用照明領域。早期的應用將是在企業(yè)市場，高額的前期成本將被較低的維護和運營成本抵消。iSuppli估計，在2012年的LED將占到大約11 ％的通用照明市場。