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OFweek2011年底总结:LED产业现状及发展趋势

  LED产业现状

  一,技术现状 

  当前LED在照明领域还面临一些问题。它之所以能够引起人们的高度关注,主要是因为它在节能、环保、长寿、可使用安全低电压点燃及造型多样性等方面的特点是传统灯具无法比拟的,可是目前市面上的LED照明产品由于受其使用的材料、制造工业及成本等因素限制,不能充分展现这些特点。这些产品即旁且杂。按使用环境来区分主要有户外和户内灯具,例如在户外灯具上主要有:路灯、景观灯、建筑用射灯、汽车灯、洗墙灯、泛光灯等;户内灯具主要有PAR灯系列、GU(5.3、10)(MR16)系列、日光灯系列(以T8为主)、烛形灯系列、筒灯系列、嵌灯系列、壁灯、天花灯、幕墙等、轨道灯等等。按出光方向又可分为定向灯和非定向灯。然而遗憾的是,不管这些灯具从外形还是用途上看,我们都能找到传统灯具的影子。换言之,在目前的照明领域,LED还没有给自己定位,没有完全属于自己东西。这严重影响了LED在照明领域的发展。

  在技术方面LED也面临一些难题。例如散热,据相关研究和多年工作总结,目前,一款好的光源设计可使电-光转换效率达到30%左右。但仍有70%的电能转换成热能。拿一个5W的LED球泡灯为例,假设驱动的效率是80%,那么光源就得到4W的功率,按30%的电-光转换效率,仍然有2.8W的电能转换成热能,加上前面驱动板的约1W的损耗,一个5W的球泡灯就要产生3.8W的热能。这就是我们设计的LED灯具温升居高不下的主要原因。

  下图是某光源的温升对正向电流的曲线图:

 

   从图中我们可以看出,当LED工作的环境温达到70°时,正向电流就开始下降,达到125°,电流基本上下降到不及正常值的30%。这些变化会使光输出迅速下降,且严重影响LED寿命。为了能把LED结温降下来,在设计LED灯具时,我们通常会配上专用的散热器。目前用来散热的材料主要有铝、工程导热塑胶、陶瓷等。铝材由于其较高的导热系数和加工便利,目前应用最广泛,其中又因加工不同而分为拉伸、压铸、插片等。利用工程塑胶实现散热是最近才兴起的一种方式,它不仅热阻较低,还同时具有结缘特性,这对LED灯具分毫必争的空间显得尤为珍贵。另外它还可以根据需要轻松的加工成不同的形状,未来潜力无限。但成本目前还相对较高。至于陶瓷,虽然热阻很低,但由于加工不易,目前只有部分光源晶片的载体采用到。

  在光效方面,虽然有些灯具已达到90lm/W,甚至在实验室里单颗光源的效率已达到250lm/W,但仍有非常大的挖掘潜力。提高光效是提高电-光转换效率的最直接的办法,对散热也有很大的帮助。

  其次,光源的显色性也同样是个需要改善的地方。目前的白光LED主要通过两种途径获得,一种是由红、绿、蓝三种颜色的LED配光得到,这不仅增加了成本和设计难度,色温的漂移也是个不容易克服的问题。另外一种是通过蓝光与黄色荧光粉进行混光来实现,通过这种方式获得的白光不仅色温漂移小,光效也得到很大的提高。目前市场上的白光LED大多是通过这种途径得到的。由于这种白光在混色时缺少红光和绿光,在显色性方面就大打折扣。现在市面上的产品能达到80%的显色性已经算是不错了。

  在成本方面,目前虽然前期设计时尽可能的降低,但普通的消费者仍然很难接受。在LED灯具整个成本中,仅光源就占据了70%。可想而知,要想降低成本,必须从光源入手。可是目前光源的定价权掌握在如CREE、LUMILED、NICHIA、LUXEN、ORSMO等国际巨头手中,降价注定是个缓慢的过程。

  技术落后成“短板”企业多居产业链下游

  表面上,LED照明产业发展得热火朝天,然而,繁荣背后的隐忧,也随之浮出水面。

  LED照明市场如同一个做大的“蛋糕”,引来八方的人们前来分羹。然而,不少人只是想浑水摸鱼,也有的只求短线牟利。作为世界最大的照明市场,我国LED上中游技术环节薄弱成为了一块硬伤。《2010年高亮度LED市场回顾与展望》报告中指出,2010年中国LED制造商占全球高亮度LED市场总产值仅2%的比例,且相关技术仍落后国际大厂约三到五年。我国LED芯片及器件产品大多集中在小功率、中低档领域。国产芯片尽管售价仅为进口芯片的1/10,但占国内市场不足10%。除此之外,高亮度功率型LED芯片、器件80%以上均依赖进口。外延生产用关键设备MOCVD和外延片衬底、封装用的高性能硅胶、环氧树脂、荧光粉等原材料基本也要依靠进口。

   而业内人士表示,在整个产业链中,上游的利润回报最高。而上游的核心专利技术集中在日本Nichia(日亚)、Cree(美国科锐)、Osram(德国欧司朗)等为数不多的海外巨头手中。在外延片和芯片领域,美国和日本企业也处于垄断优势,拿走了60%以上的利润。大部分中国LED企业,只能在产业链末端的封装领域,争夺余下不到40%的利润,大量LED企业依靠政府市政工程生存,凭借补贴盈利。

  目前,LED照明在城市照明建设、照明装饰酒店等领域越来越普及。LED的发展步伐虽然明显加快,但由于缺乏相关的标准规范,有专家担心其市场会因为产品的质量问题而变得混乱。另据相关媒体报道,有个别地方的LED装饰灯因为光衰严重,已被拆卸。

  此外,价格也一度是企业“卖”LED照明时最头疼的问题。在某灯具批发城,一位经销商向记者介绍,“我们一般都不爱卖LED灯。因为LED的价格实在和节能灯、白炽灯差距太大了。比如,3W的LED灯售价20元,7W的就要90元,而节能灯只要10元左右,白炽灯更只需要1元钱;且在寻常百姓看来,一盏两盏LED灯的节能效果实在无关紧要。”

   二,市场现状

  纵观国内LED照明市场,可以发现真正火热的,只是以装饰照明、手电筒、小型灯具等为主的中小功率LED照明市场而已。由于市场对其光效、显色指数要求不高,因此功能实现比较容易。现阶段,国内涉足LED照明的电源厂商,出货多以这类中小功率产品为主,月出货量基本都在KK级/月左右。

 
     大功率LED照明应用可分为两类:一类是替换方案,即将LED照明灯具的灯座设计成与目前被广泛使用的节能灯、白炽灯灯座兼容,用户在选用LED照明灯具时,不用对现阶段的照明电路进行改造,直接替换成LED灯具即可使用,这类方案的代表产品有LED灯泡、LED日光灯等;另一类是非替换方案,即使用LED照明灯具时,需要按照其直流供电的特殊原理进行全新的电路布局,这类方案的代表产品有新能源LED路灯等。

     然而这两类灯具在现阶段的发展中,都遇到了各自的瓶颈。例如LED灯泡类,其作为替换方案中的一种,在民用市场中占有很大的市场份额。灯泡的灯座形状限制了LED照明电源模块的尺寸。“在如此狭小的空间中塞进AC/DC、DC/DC、保护电路、驱动芯片绝非易事。因为尺寸极大受限,所以厂商只能先满足功能,放弃部分性能。而被放弃的部分,往往是最关键的电路保护模块,这导致很多替换型LED灯泡EMI/EMC不达标,电源模块转换效率很难提升,有的甚至存在安全隐患。”

   而真正与民生相关的、最大化体现LED节能价值的大功率LED照明,在国内还处于技术发展初期。目前,在大功率LED照明市场中,无论是民用照明的普通灯泡、公共照明的日光灯,还是基础建设用到的路灯,LED照明的渗透情况都不乐观。而且经过调查,目前正在使用中的以上几类大功率LED照明灯具的性能参数也都不理想。许多LED照明电源厂商在大功率照明模块的出货量仅为几K而已。

     除了牺牲保护电路以及安全性能,空间受限还一定程度上殃及了LED灯具的寿命。LED照明电源模块寿命较短,拖了LED灯具长寿命性能的后腿,这是业界普遍的共识,这也和电路板尺寸受限,性能方面设计不到位有关。例如,人们普遍质疑LED照明电源模块中电解电容的工作温度、工作寿命,但是电解电容的高密度可以缓解电路板尺寸受限的窘境。因此,该不该用电解电容,也是电源模块厂商们需要平衡的问题。

    目前,商场、医院等公共场所多使用日光灯管,LED日光灯作为替换方案在这些区域有很大的应用空间,因此也成为灯具厂商们重点跟进的目标之一。相比LED灯泡,日光灯管在尺寸上有很大的回旋余地供电源厂商进行性能优化。尽管现阶段市面上的LED日光灯多将LED芯片直接封装在铝基板中,一定程度上缓解了LED芯片的散热问题,但是LED日光灯的产品品质仍然存在很大的不足。根据美国能源部2009年9月完成的第9轮商用LED产品评估报告(CALiPER)显示,参与测试的LED日光灯管(T8荧光灯管替代方案)显色指数非常低,在62-76之间,远低于荧光灯管的83;LED日光灯管的色度偏移也超出了ANSI定义的白光产品公差范围;制造商承诺的光输出效率超出实际的30%~50%.根据该测试结果,美国能源部认为,所测试的LED日光灯均未达到T8荧光灯管参照灯的灯具效率,因此不可以一对一的进行替换。

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