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(jià)格不斷下降，LED正在驅(qū)動(dòng)一些新的照明應(yīng)用。今天，高亮度LED在一些適合通用照明的應(yīng)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(nèi)照明產(chǎn)品，像畫像燈光照明等也開始結(jié)合無線、電池供電、高光通量LED燈具。LED在室內(nèi)照明系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)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(yīng)用，如外科手術(shù)燈，機(jī)器視覺，軍事照明及演唱會(huì)的燈光。

　　在許多情況下， LED在現(xiàn)有的應(yīng)用中開始取代熒光燈和白熾燈。這是因?yàn)長(zhǎng)ED只從裝置的前端發(fā)光，因此一個(gè)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(yīng)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(fèi)者的家庭照明。高光通量的LED最終的潛在市場(chǎng)是針對(duì)數(shù)十億美元的室內(nèi)和室外的家庭以及企業(yè)通用照明市場(chǎng)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(jì)，2006年全球通用照明燈具市場(chǎng)達(dá)到約170美元億元。此外，2006年全球照明配件市場(chǎng)約在30億美元左右。

　　通用照明市場(chǎng)固態(tài)照明的潛在優(yōu)勢(shì)有：

　　·減少能源消耗：各種研究機(jī)構(gòu)的研究都和美國(guó)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(gè)壽命期節(jié)省大量的能源。據(jù)估計(jì)，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(jià)0.11/kwh計(jì)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(shè)計(jì)靈活性。

改善性能

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

　　表1提供了主流照明技術(shù)的比較。雖然LED開始變得有競(jìng)爭(zhēng)力，但還需進(jìn)一步改善以提高接受度，這些改進(jìn)相信很快會(huì)出現(xiàn)。

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

　　飛利浦：飛利浦與安捷倫成立了一個(gè)合資公司Lumileds，開發(fā)高光通量LED，并在2005年收購(gòu)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(chǎng)。2007年早些時(shí)候，該公司宣布已簽署了一項(xiàng)最終協(xié)議，以790萬美元收購(gòu)Color Kinetics公司。合并后的實(shí)體將在飛利浦固態(tài)照明解決方案公司的名下運(yùn)營(yíng)，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(dǎo)體公司，在汽車，建筑和通用照明市場(chǎng)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(lǐng)先的照明設(shè)計(jì)公司合作開發(fā)建筑內(nèi)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(yīng)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(dá)到54 lm/W 的效率。這款LED產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了155 cd的發(fā)光強(qiáng)度。歐司朗還發(fā)布了“ ostar照明”，這是一個(gè)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(dá)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(gòu)買EMCORE的股權(quán)。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(yīng)LED照明產(chǎn)品。

　　其他幾個(gè)領(lǐng)先的制造商也在瞄準(zhǔn)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(diào)整開發(fā)重點(diǎn)，從低功率亮度增強(qiáng)轉(zhuǎn)向高功率功耗提高，同時(shí)針對(duì)消費(fèi)終端市場(chǎng)悄悄地發(fā)展的供應(yīng)鏈關(guān)系。為此，像Cree公司和Toyoda Gosei正在減少對(duì)單純芯片開發(fā)的關(guān)注，而轉(zhuǎn)向成為高功率LED供應(yīng)商。這些公司也在正尋求并購(gòu)目標(biāo)或與區(qū)域性公司結(jié)盟，尋求通用照明市場(chǎng)新興的機(jī)會(huì)。

　　Cree公司：高光通量LED元件市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者。據(jù)報(bào)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(gè)LED芯片實(shí)現(xiàn)超過1000流明的光輸出的研究成果——相當(dāng)于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的家庭燈泡的輸出水平。這個(gè)4A電流驅(qū)動(dòng)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(dǎo)體在2006年12月宣布LED產(chǎn)品P4 。P4是單顆裸片，在1A驅(qū)動(dòng)下光輸出達(dá)到240lm，發(fā)光效率在350 mA 電流驅(qū)動(dòng)下達(dá)到100 lm/W。該公司計(jì)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(gè)高光通量白光LED做到一個(gè)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(gè))組合起來達(dá)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(yù)測(cè)

市場(chǎng)接納

　　2006年LED在全球180億美元的照明產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)所占比例幾乎可以忽略不計(jì)。iSuppli公司認(rèn)為L(zhǎng)ED不太可能在2009年前滲透到通用照明市場(chǎng)，因?yàn)槌杀据^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(jì)并且更容易替換。

　　但是，有幾大因素的出現(xiàn)正在推動(dòng)LED通用照明市場(chǎng)的前景：

　　·近期緊湊型熒光的發(fā)展以及獎(jiǎng)勵(lì)LED的興起都受到法規(guī)的促進(jìn)：通用照明市場(chǎng)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(zhuǎn)變是受法規(guī)的推進(jìn)，來自政治、社會(huì)和環(huán)境的迫切壓力需要降低企業(yè)和個(gè)人消費(fèi)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(guó)家(澳大利亞、古巴、委內(nèi)瑞拉)、歐洲聯(lián)盟和美國(guó)的一些州和加拿大的部分省已經(jīng)立法，要求引進(jìn)熒光燈淘汰白熾燈。

　　2007年年初，澳大利亞政府宣布一項(xiàng)為期三年的計(jì)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(shè)立電燈的最低能耗目標(biāo)，并在2012年禁止一般用途的白熾燈。

　　歐洲聯(lián)盟計(jì)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(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的部分戰(zhàn)略。

　　美國(guó)參議院能源委員會(huì)正在制定一項(xiàng)法案，訂定的目標(biāo)日期禁止某些類型的燈泡在美國(guó)銷售。

　　美國(guó)加利福尼亞州也提出兩項(xiàng)建議，一是草擬條例預(yù)計(jì)到2012年禁止出售的一般用途的白熾燈。另一項(xiàng)建議是對(duì)各類照明執(zhí)行性能標(biāo)準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)低能消耗的目標(biāo)。

　　此外，加拿大的安大略省和新西蘭等國(guó)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(fèi)者對(duì)緊湊型熒光燈逐步的認(rèn)識(shí)正在廣泛地促進(jìn)緊湊型熒光燈在商用、零售和消費(fèi)市場(chǎng)的發(fā)展。目前，緊湊型熒光燈的價(jià)格正處在一個(gè)經(jīng)濟(jì)可行的合適點(diǎn)上。

　　·LED技術(shù)的進(jìn)步：如前所述， LED制造技術(shù)、材料和處理技術(shù)的發(fā)展正在儲(chǔ)蓄促進(jìn)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)模化生產(chǎn)后將繼續(xù)縮小固態(tài)照明和緊湊型熒光燈之間的價(jià)格差距。

　　iSuppli的充分期待，LED和照明設(shè)備制造商將繼續(xù)通過加強(qiáng)技術(shù)累積、芯片設(shè)計(jì)和封裝技術(shù)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(yù)測(cè)。iSuppli預(yù)測(cè)，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(guó)能源部估計(jì)，目前在美國(guó)約有40億個(gè)螺旋插座配有白熾燈泡。美國(guó)能源部正在為2012年的固態(tài)照明市場(chǎng)擬訂一個(gè)大膽的商業(yè)計(jì)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(chǎng)。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(shí) (TWh)。

　　因此， iSuppli預(yù)計(jì)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(lǐng)域。早期的應(yīng)用將是在企業(yè)市場(chǎng)，高額的前期成本將被較低的維護(hù)和運(yùn)營(yíng)成本抵消。iSuppli估計(jì)，在2012年的LED將占到大約11 ％的通用照明市場(chǎng)。