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LED照明:商业化即将到来

导读: 随着LED发光效能(流明/瓦)的持续改善和价格不断下降,LED正在驱动一些新的照明应用。今天,高亮度LED在一些适合通用照明的应用中正变得越来越普遍,如闪光灯,园林/景观照明和小型阅读灯。

General Illumination: Commercialization is Around the Corner
作者:iSuppli公司
   

 

  随着LED发光效能(流明/瓦)的持续改善和价格不断下降,LED正在驱动一些新的照明应用。今天,高亮度LED在一些适合通用照明的应用中正变得越来越普遍,如闪光灯,园林/景观照明和小型阅读灯。

 

  专业室内照明产品,像画像灯光照明等也开始结合无线、电池供电、高光通量LED灯具。LED在室内照明系统的优势是照明装置可以很容易地安装在墙上无需任何昂贵的布线。 LED的也越来越多地被考虑其他各种专业照明应用,如外科手术灯,机器视觉,军事照明及演唱会的灯光。

 

  在许多情况下, LED在现有的应用中开始取代荧光灯和白炽灯。这是因为LED只从装置的前端发光,因此一个60-70 lm /W的LED灯可以媲美传统的100 lm /W全方位荧光灯。

 

表1  通用照明应用解决方案比较
来源:http://www.productdose.com/LightBulb_Comparison.xls,2007 年10月

 


  主流的通用照明包括企业照明和消费者的家庭照明。高光通量的LED最终的潜在市场是针对数十亿美元的室内和室外的家庭以及企业通用照明市场开发具有成本效益的白光照明解决方案。

 

  根据iSuppli统计,2006年全球通用照明灯具市场达到约170美元亿元。此外,2006年全球照明配件市场约在30亿美元左右。

 

  通用照明市场固态照明的潜在优势有:

 

  ·减少能源消耗:各种研究机构的研究都和美国能源部指出的一样,住宅照明占到全球能耗的25%到30%之间。LED是比现有的白炽灯和荧光灯更高效的照明解决方案,并且在灯泡的整个寿命期节省大量的能源。据估计,用LED灯代替100万只白炽灯可节约230kmW/h或每年约2500万美元(以单价0.11/kwh计算)。

  ·更高的可靠性:LED比其他光源更可靠,LED灯泡寿命是白炽灯泡的40倍。相比紧凑型荧光灯(CFL)不含有污染的汞。

  ·更高的设计灵活性。

 

改善性能

 

  不过,为了成功地打入主流市场,例如住宅和企业的通用照明应用,LED必须在成本和性能的基础上与现有的白炽灯和荧光灯照明技术竞争。目前,LED灯前期成本以流明1美元计算大大高于大多数通用照明用的常规灯。 iSuppli估计,目前LED灯泡作为通用照明的初步费用至少是荧光灯的25倍。为了成功进入这一市场,需要在功率转换效率、颜色指数和光输出和成本比例(采用$/lm计算)等方面进行改善。

 

  表1提供了主流照明技术的比较。虽然LED开始变得有竞争力,但还需进一步改善以提高接受度,这些改进相信很快会出现。

 

  为了应付这些挑战,三大主要的照明产品国际供应商都成立了合资的固态照明公司。随着LED技术的进步,这些照明公司获得了合资公司完整的所有权。

 

  飞利浦:飞利浦与安捷伦成立了一个合资公司Lumileds,开发高光通量LED,并在2005年收购了安捷伦的股份。该公司一直是最积极地致力于把固态照明系统引入到通用照明市场。2007年早些时候,该公司宣布已签署了一项最终协议,以790万美元收购Color Kinetics公司。合并后的实体将在飞利浦固态照明解决方案公司的名下运营,产品线采用飞利浦/Color Kinetics联合品牌。

 

  欧司朗:欧司朗建立了Opto半导体公司,在汽车,建筑和通用照明市场开发高亮度 LED照明解决方案。如前所述,公司已与几家汽车制造商合作联合开发车用固态照明系统。欧司朗还一直与几家领先的照明设计公司合作开发建筑内部和外部照明用LED 。并且开发出了Golden Dragon系列高功率LED用于中等亮度照明和束灯应用。该公司已宣布说,其中一款配有20 °镜头的Golden Dragon产品在工作电流350 mA的情况下典型亮度为60 lm,并且达到54 lm/W 的效率。这款LED产品实现了155 cd的发光强度。欧司朗还发布了“ ostar照明”,这是一个可以产生超过1000lm的 高亮度白光LED。它的功效在350mA工作电流下可达到75lm/w。欧司朗已经在2007年第二季度开始批量生产。

 

  通用照明 :通用电气与EMCORE合资成立了GELcore。在2006年8月,通用电气宣布购买EMCORE的股权。该公司已签署协议与Nichia合作开发和推广高光通量LED。并且还宣布为沃尔玛牌的冰箱供应LED照明产品。

 

  其他几个领先的制造商也在瞄准通用照明市开发高光通量LED产品。其中许多公司正在调整开发重点,从低功率亮度增强转向高功率功耗提高,同时针对消费终端市场悄悄地发展的供应链关系。为此,像Cree公司和Toyoda Gosei正在减少对单纯芯片开发的关注,而转向成为高功率LED供应商。这些公司也在正寻求并购目标或与区域性公司结盟,寻求通用照明市场新兴的机会。

 

  Cree公司:高光通量LED元件市场的领导者。据报道,在2006年开发出发光效率131lm/W的高光通量白光LED的原型(ezbright  LED芯片)。在2007年9月,该公司宣布已取得129lm/W效率的135.7lm光输出的研发成果用于冷白光LED,和99lm/W效率的104.2流明光输出用于暖白光LED。该公司还宣布,它已经取得通过一个LED芯片实现超过1000流明的光输出的研究成果——相当于一个标准的家庭灯泡的输出水平。这个4A电流驱动的单一裸片LED在冷白光下产生1050lm,暖光下产生760lm,冷白光LED的效率是72lm/W,暖白光效率是52lm/W。

 

  首尔半导体在2006年12月宣布LED产品P4 。P4是单颗裸片,在1A驱动下光输出达到240lm,发光效率在350 mA 电流驱动下达到100 lm/W。该公司计划2007年把P4的发光效能提高到135 lm/W,2008年一季度提高到145 lm/W。

 

  制造商也在开发改良的热管理解决方案,将多个高光通量白光LED做到一个封装中。Color Kinetics,Lamina、TerraLUX和enLUX等几家公司在开发光源引擎,把少量的白光LED(通常少于50个)组合起来达到和单一的荧光管相近的光输出。

 


图1  LED发光效率和成本的预测

 

市场接纳

 

  2006年LED在全球180亿美元的照明产业市场所占比例几乎可以忽略不计。iSuppli公司认为LED不太可能在2009年前渗透到通用照明市场,因为成本较高和LED灯具较差的色彩表现。传统照明方式仍然是更经济并且更容易替换。

 

  但是,有几大因素的出现正在推动LED通用照明市场的前景:

 

  ·近期紧凑型荧光的发展以及奖励LED的兴起都受到法规的促进:通用照明市场目前正处于家庭和企业照明从白炽灯向紧凑型荧光灯过度阶段。这一转变是受法规的推进,来自政治、社会和环境的迫切压力需要降低企业和个人消费的能源消耗,以及全球性的环保照明需求日益增加。

 

  部分国家(澳大利亚、古巴、委内瑞拉)、欧洲联盟和美国的一些州和加拿大的部分省已经立法,要求引进荧光灯淘汰白炽灯。

 

  2007年年初,澳大利亚政府宣布一项为期三年的计划,用节能的紧凑型荧光灯逐步取代白炽灯泡。政府已经宣布在2009年到2010年将设立电灯的最低能耗目标,并在2012年禁止一般用途的白炽灯。

 

  欧洲联盟计划到2 020年削减温室气体排放量的2 0%,并已提出到2009年禁止使用白炽灯泡作为实现这一目标的部分战略。

 

  美国参议院能源委员会正在制定一项法案,订定的目标日期禁止某些类型的灯泡在美国销售。

 

  美国加利福尼亚州也提出两项建议,一是草拟条例预计到2012年禁止出售的一般用途的白炽灯。另一项建议是对各类照明执行性能标准,以实现低能消耗的目标。

 

  此外,加拿大的安大略省和新西兰等国家都将在最近几年开始禁止卖的白炽灯泡。

 

  这些禁止使用的白炽灯泡的法令和消费者对紧凑型荧光灯逐步的认识正在广泛地促进紧凑型荧光灯在商用、零售和消费市场的发展。目前,紧凑型荧光灯的价格正处在一个经济可行的合适点上。

 

  ·LED技术的进步:如前所述, LED制造技术、材料和处理技术的发展正在储蓄促进高亮度白光LED发光效率的改善,并且降低单位流明的成本。Cree公司,欧司朗,Nichia和飞利浦等公司正在提高LED光源的性能。另外,规模化生产后将继续缩小固态照明和紧凑型荧光灯之间的价格差距。

 

  iSuppli的充分期待,LED和照明设备制造商将继续通过加强技术累积、芯片设计和封装技术来改善成本-照明-发光-效率比例。

 

  图1是LED发光效率和成本的预测。iSuppli预测,LED每lm的成本将从2005的$0.22/lm降到2009年的大约$0.01 /lm。

 

  ·政府举措:美国能源部估计,目前在美国约有40亿个螺旋插座配有白炽灯泡。美国能源部正在为2012年的固态照明市场拟订一个大胆的商业计划:1.把68lm/W发光效率(冷白光产品)以及88lm/W(暖白光LED)的SSL产品引入市场。2.每年销售500万高性能SSL照明产品。3.每年节约能耗19太瓦小时 (TWh)。

 

  因此, iSuppli预计由于拉近了和紧凑型荧光灯的成本差距,LED将在2009年首先出现在主流的通用照明领域。早期的应用将是在企业市场,高额的前期成本将被较低的维护和运营成本抵消。iSuppli估计,在2012年的LED将占到大约11 %的通用照明市场。

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