隨著政府和民眾節(jié)能環(huán)保意識的提高,以及照明用LED技術的進步,LED正越來越多地用在通用照明應用中,包括景觀照明、交通信號燈、室內裝飾燈、礦燈、航標燈、汽車用LED照明燈和室內LED裝飾燈等。
比如,全球有超過200億個采用白熾燈、鹵素燈、熒光燈的照明裝置,這些照明裝置很多都被用來提供定向照明,但目前的光源是全方向性的,光使用效率比較低。以家用射燈為例,如果不帶反射罩,傳統射燈一般只有50%的光使用效率。LED燈具可以提供高效率的方向性照明,使用壽命可達50,000個小時。
據高工LED產業(yè)研究所(GLII)預計,2010年全球照明用LED的需求將增長15%,到2012年全球照明LED市場份額將達到20億美元,平均每年將增長18%.LED射燈、大功率LED球泡等照明和景觀燈具將是照明用功率LED的主要市場。最快在2015年,LED在中國照明市場的占有率將達到20%,帶動相關產業(yè)規(guī)模達5000億元,中國將進入全球LED照明市場前三強。
中國目前擁有成熟的照明用LED供應鏈,包括外延晶圓與LED芯片以及封裝,重點關注中大尺寸的LCD背光、LED道路照明和家庭照明應用。GLII預估2010年中國約有30%的LED芯片是本地生產的,而在五年以前,LED芯片幾乎全部依靠進口。
2009年以內全球尤其是中國一直在積極推動照明用大功率LED,大功率、高亮度LED的產量穩(wěn)步增長,盡管大功率LED產量份額仍然很小。但是LED芯片的平均成本每年下降20~30%,亮度卻提高10倍的速度發(fā)展,隨著LED芯片技術的發(fā)展和批量生產加快速度,預計價格將繼續(xù)下跌。因此,GLII預計到2011年LED芯片單位流明的報價將下調10~20%.包括大功率LED在內的所有類型的LED都將降價。
2009年以來開始爆發(fā)的中大尺寸背光市場,使得LED與CCFL背光單元的價格差距在逐步縮小,LED背光單元的價格在2007年是CCFL的三倍,則在2009年末已經只是CCFL的1.5倍,因此LED背光單元2010年將大量搶占傳統CCFL的市場。鑒于關鍵元件的成本下降,LED廠商希望兩、三年內大功率LED能占領主流應用領域,并成為占優(yōu)勢地位的照明技術。
到2010年中國生產照明用功率LED廠家有上百家之多,生產的大功率LED品質也各不相同,國內目前主要以國星光電、九洲光電、瑞豐光電、量子光電、山西光宇、中宙光電等廠家生產的照明用LED代表國產器件的最高品質水平。據國家半導體照明產業(yè)聯盟CSA統計數據顯示,國星光電、九洲光電、瑞豐光電位居2009年照明LED市場占有率前三位。其中瑞豐光電在深圳市場位居首位。國星光電首創(chuàng)了國際上基于PCB的大功率LED器件結構,基板材料、生產工藝等方面實現了創(chuàng)新。2009年底,國星光電設立LED照明事業(yè)部,開始從事LED燈具、光源模塊等LED應用產品的研發(fā)與生產,正式涉足產業(yè)下游;九洲光電作為四川九洲電器集團的子公司,九洲光電在2004年進入封裝行業(yè),2007年通過并購的方式擴展了大功率照明業(yè)務。包括100流明每瓦的大功率LED研發(fā)、LED路燈核心技術和軌道車廂及船舶用LED照明產品研究及產業(yè)化。目前已經申請包括發(fā)明專利在內的專利共90多項;瑞豐光電則是國內前三名企業(yè)中唯一專注照明用LED器件封裝的企業(yè),注重核心技術研發(fā),與內地多所高校院所及康佳集團建立技術合作,在共晶技術、二次光學、高導熱材料的開發(fā)、表面粗化技術(目前可以提升整體產品的出光效率30%以上)、產品的顯色指數(目前最高可以做到95以上,這遠超過所規(guī)定的80的標準)、無光點面光源、硅膠molding、陶瓷產品開發(fā)等技術方面居國內領先水平。瑞豐光電已經成為全球汽車儀表、汽車音響、車載DVD、中大尺寸LCD背光源、手機、室內照明、裝飾照明等領域的光電器件主流供應商。這些廠家的照明用LED產量占據了國產市場的60%以上,產品平均毛利率在30%左右。目前這些國內企業(yè)在封裝技術上可與全球一線大廠比肩,所以相比進口器件,國內封裝的照明用功率LED器件具有很大的比較優(yōu)勢,價格也與臺灣產品看齊。
目前國外廠家主要以Cree和LumiLEDs代表著市場上最高品質的大功率LED,而Cree的產品由于產品種類眾多,各種規(guī)格的大功率LED比較齊全,又因為產量大,供貨也比較穩(wěn)定而成為大功率LED的主流。目前CREE和LUMILEDS基本上占據了全球大功率LED高端市場的90%以上。
而臺灣生產的大功率LED占了市場大部分的中端產品。由于臺灣的大功率LED性價比較高,占據了中檔產品大部分,1W白光LED(光通量70-90ml)售價從10元到15元人民幣不等。
高功率LED的發(fā)展一直以照明應用為主要目標,雖然目前普遍認為LED進入通用照明領域仍有一定門檻,但隨著景觀照明、LCD背光應用及礦燈、路燈等功能性照明應用的快速發(fā)展,大功率白光LED仍然在技術指標的提升及應用規(guī)模的擴充方面保持了非??斓陌l(fā)展速度。GLII預計在未來幾年高功率LED的發(fā)展速度有望維持在50%以上。
根據美國圣地亞國家實驗室所做的LED照明成本分析,投資成本是將一個燈泡的購買成本(每兆流明)分攤到整個壽命周期,運行成本是指一個燈泡在運行時的成本(每兆流明時),擁有成本是投資成本和運行成本之和,反映了一個燈泡從購買、運行到壽終整個生命周期的總成本。LED照明技術的發(fā)展目標是:發(fā)光效率將分階段從2002年的25流明/瓦提高到2007年75流明/瓦、2010年的150流明/瓦和2020年的200流明/瓦,發(fā)光成本將從2002的200美元/千流明降低到2007年的20美元/千流明、2010年的5美元/千流明和2020年的2美元/千流明。
隨著應用領域和市場規(guī)模的擴展,大功率LED的發(fā)展特點和趨勢也在逐步發(fā)生一些變化,表現出一些新的產業(yè)特征:
主流產品LED價格逐步降低
目前,Cree生產的光通量70-90ml的1W白光LED產品市場售價基本維持在17元人民幣左右,同類型的LumiLEDs產品價格在19-21人民幣左右,臺灣1W白光LED(光通量70-80ml)售價從10元到15元人民幣不等,國內采用進口芯片封裝的大功率LED價格與臺灣產品看齊,國內生產的大功率LED(50-60ml)價格基本在5.50元人民幣左右。
目前有能力大批量供應白光LED功率器件廠商仍局限在瑞豐光電、國星光電、廣州鴻利以及臺灣億光、光寶等廠商,伴隨著功率白光LED應用的高速增長及其光效的不斷提升,預計其單顆LED價格將逐步降低。
成本和散熱仍是LED取代傳統照明的最大障礙
照明是LED最具吸引力的應用領域,成本問題對于LED取代傳統照明非常關鍵。盡管LED的售價相對于其成倍于傳統燈具的使用壽命并不高,且可節(jié)省后期使用的更換和維護等費用,但起始費用往往直接受制于購買預算。飛利浦認為影響目前LED應用的主要瓶頸在于流明成本比傳統照明光源高10倍。因此要把出光效率提高到150lm/W,驅動電流從700 mA提高到2A,與此同時管芯和封裝的費用也要減少一半,才能大規(guī)模的在照明領域中普及應用。
在2010年7月28日舉行的“2010年第二季度中國電子信息產業(yè)運行暨彩電行業(yè)研究季度發(fā)布會”上,工信部電子信息司副巡視員關白玉表示,LED在封裝方面給使我們需要挑戰(zhàn)的方面,因為光和熱都是在一起,在一個器件領域。我們希望把LED發(fā)光效率的特點能夠做得更好,多發(fā)光少發(fā)熱,這是我們的追求。
關白玉認為,發(fā)熱給LED器件帶來最大的影響,如果總在高溫的情況下實現照明,它會極大的影響照明器件或者燈具的一個壽命。所以在這個方面,在封裝的結構方面,LED的照明提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。
大功率LED市場國內使用前景廣闊
目前,景觀照明市場做為大功率LED照明的最大使用市場,所占的份額大約正在43%.它的新一輪快速刪加必將帶動全體大功率LED照明產業(yè)的快速發(fā)展。業(yè)內人士認為,雖然目前外國大功率LED照明產業(yè)仍處于起步階段,但它正在各個使用領域的出色表現,使得大寡不斷加強對那個新興產業(yè)的認識和使用決心,國外的大功率LED照明產業(yè)將正在3~5年內實現跨越式發(fā)展,顛覆傳統照明產業(yè)格局。
通過全球大功率LED技術領導廠商對材料、工藝和封拆技術的勤奮改進,大功率LED的發(fā)光效率和性能得到了顯著提升,除了保守的背光和顯示面板市場外,大功率LED開始走向室內外普通照明、汽車內外照明、探照燈、交通燈等全新使用。
以大功率LED路燈為例,近年來,國家半導體照明工程研發(fā)及產業(yè)聯盟針對大功率LED城市道路照明做了大量的調研工作。目前,大功率LED照明技術日趨成熟,大功率LED光流功效可以達到100lm/W以上,城市路燈照明節(jié)能成為可能。目前能夠預料在未來的數十年內,全國各地對于大功率LED、高亮度、節(jié)能的大功率LED路燈產品的市場需求是極其龐大的。據2006年國家路燈行業(yè)統計,我國城市道路照明共有1500萬只以上的路燈,近幾年的增長率都在20%以上。照此估算,全國每年照明路燈的市場規(guī)模不低于50億元,如使用大功率LED路燈,每年可節(jié)電20億度以上。