LED照明：史上最高效率和最低價(jià)格咫尺之遙
不久的將來，白色led很可能達(dá)到200lm/W，成為史上效率最高的光源，價(jià)格也將低于熒光燈，直逼白熾燈泡。任何裝置、任意地點(diǎn)都能使用LED照明的時(shí)代即將到來。
受到2011年3月11日的大地震和海嘯的影響，日本關(guān)東地區(qū)和東北地區(qū)陷入了嚴(yán)重的缺電狀態(tài)。為了填補(bǔ)核電站停運(yùn)的缺口，新發(fā)電設(shè)備的必要性日益提高，而且，控制電力消費(fèi)也成了當(dāng)務(wù)之急。
在此情況下，可立竿見影取得節(jié)電效果的“LED照明”受到關(guān)注。照明占全日本用電量的約2成。而LED化就是使用能源效率較高的LED照明，減少用電量。
LED化的活躍也表現(xiàn)在了數(shù)字上。例如，GfK Marketing Services Japan發(fā)布的資料顯示，2011年3月中旬以后，LED燈泡在日本國內(nèi)的銷量快速增加。到4月的第2周，LED燈泡在全部燈泡中所占的數(shù)量比例為27.1％，金額比例為67.0％，都創(chuàng)下了歷史最高紀(jì)錄。尤其是在面臨電力短缺的關(guān)東甲信越地區(qū)，該周的銷量比上年增加182.1％，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于全國120.4％的平均增幅。
企業(yè)采用LED照明的行動也十分活躍。例如，連鎖便利店日本7-11公司決定從2011年5月開始，以東京電力公司轄區(qū)為中心，把約5000店鋪的店內(nèi)照明和店面指示牌逐步換成LED。
“銷量是上年的3～4倍”
照明的LED化并非始于現(xiàn)在。不只是日本，其他各國也在積極采用。這是因?yàn)長ED照明器具配備的白色LED的壽命超過4萬小時(shí)，約是熒光燈的4倍，因此更換頻率較低，而且具有耗電量比熒光燈低10～40％的優(yōu)勢。
在日本，為了應(yīng)對2010年4月實(shí)施的《節(jié)能法》修訂版，采用LED照明的企業(yè)越來越多。LED企業(yè)的照明用白色LED供貨量陡增，西鐵城電子公司稱，“2010年的供貨量增加到了上年的3～4倍”。
LED化的繁榮景象歸功于白色LED價(jià)格的走低。在過去，白色LED的價(jià)格一直高于白熾燈泡和熒光燈等傳統(tǒng)光源。在路燈等部分照明使用白色LED的2005年，光通量1lm的單價(jià)（亮度單價(jià)）約為10日元/lm。比白熾燈泡的0.1～0.2日元/lm，熒光燈的0.3～0.6日元/lm不是一個(gè)數(shù)量級。但白色LED的亮度單價(jià)正在以每年30％以上的速度下降，進(jìn)入2011年后，全行業(yè)的平均水平已經(jīng)降到了約0.7日元/lm。提供給大宗客戶的價(jià)格更是只有0.4～0.5日元/lm，直逼熒光燈（圖1）。
圖1：史上最低價(jià)的光源近在眼前
白色LED在2011年5月的亮度單價(jià)平均約為0.7日元/lm（以發(fā)光效率為先的類型）。亮度單價(jià)正在以每年約30％的速度降低，如果保持這個(gè)速度，到2015年將跌破0.2日元/lm
據(jù)遠(yuǎn)藤照明稱，隨著照明器具中光源所占的成本下降，在現(xiàn)如今，“LED照明價(jià)格必然高已是往日云煙”。初期投資高這一采用LED照明的門檻已經(jīng)有所降低，這是LED照明以東日本大地震為契機(jī)更加受到關(guān)注的原因所在。
單價(jià)與白熾燈泡相當(dāng)
白色LED的單價(jià)下跌今后估計(jì)還會持續(xù)一段時(shí)間。很多企業(yè)都認(rèn)為，單價(jià)會以每年30％的速度下降或是更快。如果長此以往，到2015年，單價(jià)將跌破0.2日元/lm，達(dá)到稱得上與白熾燈泡相同的水平（注1）。
（注1）即使白色LED與白熾燈泡的亮度單價(jià)相同，照明器具的部件成本也不盡相同。因?yàn)槔媒涣麟婞c(diǎn)亮白色LED需要使用ACDC轉(zhuǎn)換電路和散熱部件?，F(xiàn)在，對于LED燈泡，白色LED在生產(chǎn)成本方面約占40％。
不要忘記，白色LED的發(fā)光效率在今后幾年還會繼續(xù)提高（圖2）。從現(xiàn)在的發(fā)光效率來看，照明用高端品種在目錄上記載的是130～140lm/W，在實(shí)際使用條件下為110～120lm/W，安裝在照明器具上的綜合效率為100lm/W左右（注2）。目錄值高達(dá)200lm/W的白色LED估計(jì)會于2012～2013年出現(xiàn)在市場上。某海外LED企業(yè)表示，在實(shí)際使用條件下達(dá)到200lm/W的類型“估計(jì)也會在5年內(nèi)投產(chǎn)”。
（注2）根據(jù)白色LED的電量情況，發(fā)光效率各不相同。以輸入功率為1W的產(chǎn)品為例，目錄值上的發(fā)光效率一般是脈沖狀通過350mA電流時(shí)的數(shù)值。發(fā)光部分的溫度（接合溫度）基本為室溫（25℃）。按照一般看法，實(shí)際在照明器具中使用時(shí)，接合溫度將上升到85～100℃，發(fā)光效率會比目錄值低10～15％。而且，從照明器具整體來看，電源電路和光學(xué)部件還存在損耗。因此，綜合效率會比白色LED的目錄值低20～30％。‖
圖2：200lm/W唾手可及
白色LED自從1996年問世以來，發(fā)光效率一直在不斷提高（a）。在意欲引領(lǐng)技術(shù)開發(fā)的LED企業(yè)中，還有些企業(yè)計(jì)劃率先于2012～2013年向市場投放200lm/W產(chǎn)品（b）。
到那個(gè)時(shí)候，價(jià)格之低媲美白熾燈泡，而且效率超越歷史最高的高壓鈉燈的光源將唾手可得。任何裝置、任意地方都能使用LED照明的時(shí)代將隨之到來。
在白色LED低價(jià)格化和高效率化趨勢的背后，是不斷增加的LED需求的支撐。如今，帶動LED市場的是液晶電視用背照燈光源。背照燈用和照明用白色LED的形狀和輸入功率雖然各異，但封裝內(nèi)安裝的藍(lán)色LED芯片的生產(chǎn)工藝卻基本相同。背照燈用白色LED生產(chǎn)效率的提高基本會直接過渡到照明用途。
這一趨勢持續(xù)2～3年后，帶動市場的龍頭估計(jì)會逐漸轉(zhuǎn)向照明器具用途，市場將繼續(xù)擴(kuò)大（圖3）。
圖3：面向主要應(yīng)用的LED芯片年需求量將超過1000億個(gè)
各種液晶面板、照明器具、車載裝置使用的LED芯片的需求動向如圖所示?？倲?shù)預(yù)計(jì)將在2015年超過每年1000億個(gè)。照明器具和車載裝置等其他用途也增幅巨大。
利用傳感器和IT實(shí)現(xiàn)智能照明 [!--empirenews.page--]
獲得低價(jià)且高效的白色LED后，過去沒有從事照明的企業(yè)就有了涉足照明業(yè)務(wù)的土壤（圖4）。
圖4：LED企業(yè)的行業(yè)門類增多
把配備白色LED的裝置和相關(guān)服務(wù)作為業(yè)務(wù)的企業(yè)越來越多。新進(jìn)企業(yè)的行業(yè)門類繁多，從建筑商到IT類商社和企業(yè)、辦公家具企業(yè)應(yīng)有盡有。這些企業(yè)將把使用白色LED的照明裝置與傳感器、通信技術(shù)聯(lián)動，實(shí)現(xiàn)開關(guān)燈、調(diào)光控制等功能。
從前面提到的電力短缺問題出現(xiàn)之前開始，除了裝置企業(yè)之外，建筑商和IT企業(yè)就一直把用于溫室氣體減排的節(jié)能裝置和系統(tǒng)作為新業(yè)務(wù)開展。這些裝置和系統(tǒng)能夠借助人體傳感器和照度傳感器等傳感器與IT聯(lián)動的亮度控制，使約占耗電量2成的照明實(shí)現(xiàn)節(jié)能。
LED照明推進(jìn)協(xié)議會表示，以白色LED為首，LED“能夠以毫秒和微秒進(jìn)行控制。與IT的整合性好”。而且，亮度變化對于輸入電流的追隨性也公認(rèn)較高。這一特征能夠在與傳感器聯(lián)動和精密調(diào)光等方面發(fā)揮威力。
通過與IT聯(lián)動，照明還有望進(jìn)一步提高功能。利用LAN控制照明的舉措也已經(jīng)成為了IT類企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的熱點(diǎn)。利用IPv6網(wǎng)絡(luò)，除了LED照明器具外，還向作為光源的白色LED逐一分配IP地址，精密控制照明的研究開發(fā)也在進(jìn)行。隨著核心部件白色LED價(jià)格降低，利用這些特點(diǎn)的系統(tǒng)也就降低了實(shí)用化的門檻?！?/P>
而且，對于光源的使用者，一個(gè)好消息是采購以薄型面光源為特征的照明用有機(jī)EL面板將更加容易。各公司計(jì)劃從2011年開始，一齊向市場投放這種面板（表1）。按照目前的看法，到2014年，效率高于熒光燈，僅次于白色LED的有機(jī)EL照明有望投入實(shí)用，與白色LED分別應(yīng)用于適宜的用途。
日亞到2012年使產(chǎn)能增加到500億個(gè)
白色LED使用者的美好時(shí)代即將到來，而LED企業(yè)卻處在微妙的立場上。因?yàn)槌藬U(kuò)大業(yè)務(wù)的機(jī)會，企業(yè)必須面臨的，還有比以往更加嚴(yán)酷的競爭。
各家LED企業(yè)已經(jīng)全部實(shí)施了產(chǎn)能強(qiáng)化措施。LED企業(yè)的生存競爭已經(jīng)開始。
例如，LED企業(yè)份額居首的日亞化學(xué)工業(yè)公司將擴(kuò)充以白色LED為基礎(chǔ)的GaN類半導(dǎo)體LED芯片生產(chǎn)線，到2012年，把產(chǎn)能增強(qiáng)到年產(chǎn)500億個(gè)，是2009年的4倍（圖5（a））。首爾半導(dǎo)體日本公司稱，韓國首爾半導(dǎo)體公司（Seoul Semiconductor）“2010年初的月產(chǎn)量僅為10億個(gè)，但是，只要新建生產(chǎn)線順利投產(chǎn)，月產(chǎn)量就能夠在2011年內(nèi)增至22.5億個(gè)”。已經(jīng)把產(chǎn)能加倍的德國歐司朗光電半導(dǎo)體公司（OSRAM Opto Semiconductors）也認(rèn)為必須進(jìn)一步強(qiáng)化，表示“如果在今后5年內(nèi)不把生產(chǎn)規(guī)模增加1位數(shù)，就將無法維持價(jià)格競爭力”。
在抓緊強(qiáng)化產(chǎn)能方面，中國等新興市場國家的企業(yè)同樣如此。中國企業(yè)正在加快速度強(qiáng)化藍(lán)色LED芯片生產(chǎn)裝置的關(guān)鍵——GaN類半導(dǎo)體層成形使用的MOCVD裝置。按照iSuppli Japan的估算，2012年，中資企業(yè)的產(chǎn)能將擴(kuò)大到全球的40％（圖5（b））。
圖5：強(qiáng)化LED芯片產(chǎn)能
面對旺盛的LED芯片需求，LED企業(yè)正在加緊強(qiáng)化產(chǎn)能。例如，日亞化學(xué)工業(yè)將在2012年前，把產(chǎn)能強(qiáng)化到500億個(gè)/年（換算成300μm見方的LED芯片）（a）。分地區(qū)來看，中國的年產(chǎn)能增長顯著。（圖：（b）為iSuppli Japan）
但也有不少看法認(rèn)為LED企業(yè)強(qiáng)化設(shè)備的油門踩得過猛。豐田合成表示，因?yàn)閺恼w需求來看，LED企業(yè)保有的MOCVD裝置數(shù)量“在目前也略顯過?！?。
“韓國三星LED公司（Samsung LED）起初新訂了150臺MOCVD裝置，但在這半年間取消了相當(dāng)?shù)臄?shù)量”（Display Search），由此可見，供應(yīng)過剩的風(fēng)險(xiǎn)已經(jīng)成為了現(xiàn)實(shí)。
同時(shí)提高性能
面對陷入過度競爭的風(fēng)險(xiǎn)，LED企業(yè)為了把握市場擴(kuò)大的商機(jī)，正在抓緊提高效率擴(kuò)大產(chǎn)量、重審業(yè)務(wù)體制（圖6）。
圖6：LED企業(yè)生存的關(guān)鍵
在價(jià)格持續(xù)下跌的情況下，LED企業(yè)為生存而采取的行動愈發(fā)活躍。生存的關(guān)鍵大致有二。一是通過擴(kuò)大產(chǎn)量降低生產(chǎn)成本。二是重審業(yè)務(wù)范圍、銷路、產(chǎn)品開發(fā)等業(yè)務(wù)體制?！?/P>
對于前者，在擴(kuò)大生產(chǎn)線、擴(kuò)大晶圓口徑的同時(shí)提高生產(chǎn)線效率必不可少。其方式就是利用更小的LED芯片得到同樣的亮度，增加1枚晶圓能夠切割出的芯片數(shù)量，并且提高目前約為60％的成品率。與此同時(shí)，色調(diào)和均勻性等白色LED的課題也必須得到改善（注3）。
（注3）對于電池驅(qū)動的裝置使用的光源，開發(fā)定制白色LED是有效方式。例如，豐田合成公司與大型裝置企業(yè)進(jìn)行探討，通過采用正向電壓不足3V等規(guī)格，取得了業(yè)務(wù)成功。
擴(kuò)大業(yè)務(wù)范圍意味著廣泛參與LED照明的供應(yīng)鏈以確保利潤。就是發(fā)揮LED企業(yè)充分了解白色LED使用經(jīng)驗(yàn)的優(yōu)勢，涉足直接安裝在LED照明器具上的光源模塊，乃至LED照明器具（圖7）。
圖7：擴(kuò)大業(yè)務(wù)領(lǐng)域
對于LED企業(yè)，這種方式存在與客戶——模塊企業(yè)和照明器具企業(yè)競爭的危險(xiǎn)性。但美國安華高科技公司表示，從現(xiàn)狀來看，“LED照明器具領(lǐng)域廣泛，（我們）推出的是不與客戶沖突的產(chǎn)品”，業(yè)務(wù)范圍已經(jīng)擴(kuò)大到了LED模塊的西鐵城電子公司表示，“因?yàn)槟軌蚩s短LED照明器具的開發(fā)期，所以照明器具企業(yè)反而表達(dá)了善意”。
西鐵城電子上市模塊的特點(diǎn)是不使用ACDC轉(zhuǎn)換電路，能夠直接利用交流電點(diǎn)亮白色LED（圖8）。對于照明器具企業(yè)，能夠省去設(shè)計(jì)電源電路的工夫是其優(yōu)勢所在。
圖8：能夠利用交流直接驅(qū)動的白色LED模塊
西鐵城電子的白色LED模塊不使用AC-DC轉(zhuǎn)換電路。在此之前，不借助該電路，利用交流電力直接點(diǎn)亮也能夠?qū)崿F(xiàn)，但非點(diǎn)亮?xí)r間（關(guān)閉時(shí)間）占整體的50％，會發(fā)生“閃爍”。西鐵城電子通過改進(jìn)電路，使這段時(shí)間減半到了25％。
iSuppli Japan指出，擴(kuò)大業(yè)務(wù)范圍重要的是把合作也包括在內(nèi)，進(jìn)一步進(jìn)行擴(kuò)大，確保生產(chǎn)出的LED芯片都有銷路。因?yàn)榭紤]到中國的新興LED企業(yè)今后會擴(kuò)大低價(jià)芯片的供貨量，現(xiàn)有LED企業(yè)生產(chǎn)的LED芯片很可能在市場上出現(xiàn)過剩局面。
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