概要: 半導體照明(LED照明),是上世紀90年代發展起來的新一代冷光源,具有傳統光源無可比擬的優勢:節約能源、保護環境(不含汞等有害物質)、壽命長(5萬小時)、減少維護費用、提供更好的燈光品質、改進燈光視覺效果和安全性,這些都使LED技術在眾多基礎設施建設中得到越來越多的應用。
政策支持高效照明產品
照明能耗在整個電力消耗中占了舉足輕重的位置,美國能源部數據顯示,美國22%的電力消耗于照明領域。國內更甚,以上海為例,照明用電占上海全市用電的1/3以上,既節能又環保的照明革命迫在眉睫。
據調查,如果以LED取代圣誕樹上的彩燈,美國在每年12月至少節電20億千瓦時,相當于200萬個家庭整整一年的用電量。而美國實現燈泡全面換代之后,從2012年到2030年,美國在照明能耗上的開支將節省400億美元,這將意味著可以少建14座熱力電廠和每年減少至少5100萬噸的碳排放。而一系列相應的措施也正在如火如荼地展開:美國計劃在未來12年內,逐步淘汰白熾燈 ,改用節能環保的新式照明燈,新式照明燈將比目前燈泡至少節電70%;澳大利亞**宣布,將在2010年之前全面禁止使用白熾燈照明。
2008年1月21日,財政部、國家發展和改革委員會聯合發布《高效照明產品推廣財政補貼資金管理暫行辦法》,重點支持高效照明產品替代在用的白熾燈和其他低效照明產品。財政補貼重點支持5大類高效照明產品:普通照明用自鎮流熒光燈 (俗稱節能燈 ),三基色雙端直管熒光燈(T8、T5型),金屬鹵化物燈、高壓鈉燈等電光源產品,半導體照明產品以及必要的配套鎮流器。
除節能之外,LED照明最大的優勢在于不含汞等有害金屬物質,代替傳統照明后可以大大降低汞、鉛等對環境的污染。以在背光上的應用為例,2008年全球個人電腦出貨量預期將達到2.96億臺(IDC公司預測),如果LED取代一半背光,以每臺1支CCFL(冷陰極燈管),每支5mg汞計算,那么將減少740kg的汞污染,大大減少了對環境的污染。
綜上所述,在照明領域,LED的應用將以其綠色節能的性能,成為繼明火和白熾燈之后的第三次照明變革。
半導體照明引人注目
當然,業界對于LED的發展趨勢眾說紛紜。有人認為LED照明成本和一些配套技術(散熱、配光等)還是無法和傳統照明抗衡,前景不容樂觀,也有人認為目前LED照明產業已經成熟,加上能源危機的推動,在近期內可以取代眾多傳統照明。這兩個觀點都有失偏頗,前者太強調困難性,忽略了其照明本身的發展性,后者則有些盲目樂觀。中國照明協會陳燕生理事長表示,LED很有發展前景,但是現在在國內過熱,什么都與LED扯上關系。的確,LED照明的前景很“亮”,但仍需要一個發展的過程。我們還需要以理性的態度面對其發展,既要看到其前景,又要正視其發展的困難性。
LED在綠色城市的應用尤為引人關注。綠色城市即生態城市,生態城市的概念是在上世紀70年代聯合國教科文組織發起的“人與生物圈(MAB)”計劃研究過程中提出的,它是一種理想的城市模式,其中前沿科技與自然充分融合,人的創造力和生產力得到最大限度的發揮,而居民的身心健康和環境質量得到最大限度的保護,物質、能量、信息被高效利用。其中電力消耗、綠色發展前景是其重要的幾個評判標準,而LED在這兩個方面的優勢使其在綠色城市中當仁不讓地成為引人注目的亮點。
美國科銳(Cree)公司在安裝LED照明之后與傳統熒光燈照明進行了對比,其中前臺的8個吸頂燈使用了LED照明,可以根據不同環境要求調解不同的輝度值,能耗可以從15-42W自主調節,平均節能達21%-71%。在接待區使用了另外方案取代了26盞吸頂燈,一致性高,每個燈12W,平均節能77%。此外,由于LED的長壽命(5萬小時),大大降低了其維護處理成本。事實上,它們還不含汞等其他需要特殊處理的有害金屬。我們可以想象,如果我國有一半的辦公室使用LED照明,這將大大減少電力消耗。
2008年5月,意大利南部小城Torraca宣布參加了半導體照明城市計劃(該項目旨在發展高效率半導體照明)。Torraca已經將其所有路燈轉變為LED路燈 ,與傳統照明解決方案相比,LED路燈節約了75%的能耗。Torraca市長DanieleFilizola也對取代傳統照明的LED技術十分滿意,他表示:“我們的目標是將LED技術應用于市內所有的路燈,我們已經完成了100%LED路燈照明的建設。顯著的節能效果令我們非常滿意,也已經在計劃用LED照明取代城市其他傳統照明。”同樣,在中國,路燈在公共照明用電中所占比例最大。我們也可以想象,如果使用LED路燈即可以每盞節能73%,以路燈用電占城市照明用電的1/3計算,將減少城市照明21.9%的能耗。
目前已經量產的LED效率可高達80lm/W,這就意味只要使用少于100顆的LED就可以代替傳統路燈照明。一來使用長壽命的LED可以大大減少路燈的維護折舊費用,二來可以通過LED燈具的二次光學設計,使得LED路燈達到IES(照明工程協會)標準中類型Ⅱ中的光強分布。
產品技術不斷取得突破
日本日亞公司近期推出了一款由6顆低功率芯片集成的1W大功率LED器件———NS6系列。半功率角120度,300mA驅動電流,標準電壓3.8V,可達80lm的標準光通輸出。較之目前市場上其他的低功率芯片集成封裝大功率技術,日亞NS6系列具有更高的光輸出效率與更好的可靠性。
韓國首爾推出Z-powerP7系列包含RGB(紅綠藍)三顆大功率芯片,其1.0mm的輕薄特質在照明領域更得到淋漓盡致的發揮。10W單封裝P7亮度為900lm,即90lm/W的效率,P7發光角度也較傳統白熾燈 和熒光燈 有更大的優勢,當該產品應用于聚焦照明領域,將更能發揮其發光效率方面的優勢。
Cree公司2008年6月推出了MC-E系列大功率LED,它和單芯片封裝的基座相同,等同于4顆單芯片大功率LED,從而降低了封裝成本。另外,它還配備自調設備,可根據不同的使用環境和光學要求調節LED的輝度。此產品涵蓋了冷白、中性白和暖白等各種色溫,讓使用者可以根據不同的應用場合進行選擇,從而營造不同氛圍的燈光效果。
LED跟傳統照明燈具相比,具有效率高、節能等優點。一般普通白光LED顯色指數為70-80,但Cree最新研發的LED燈具LR6,在保持LED的高能效比同時,通過技術改進,使其顯色指數提高到92,并且可直接調節亮度,方便客戶使用,以減少不必要的能耗,達到節能目的。
專利和產業規模問題尚待解決
目前LED領域的專利,尤其是白光專利仍然集中在世界五大廠商Cree、Nichia、Osram、Lumileds、TG手中。主要的LED芯片供應商也集中于這些國際大廠,日本市場主要以Nichia、TG產品為主,北美市場是Cree產品居多,而我國臺灣地區市場則以晶電最大。而一些臺灣封裝廠商,如億光、東貝等,主要以中低端市場為主,他們有一些大廠的專利授權,但目前受一定限制,出口日本、歐美等地仍有被訴訟危險。
相對而言,中國大陸廠商起步較晚,雖然得到**的支持,發展比較快,但我國上游專利申請量少,并以外圍發明專利為主。下游應用專利申請量雖大,但大部分都是實用新型專利,隨著芯片及封裝產能的進一步擴大,大陸企業越來越多地參與國際競爭,也將更多地面臨專利問題,去年出現的337法案問題也是對大陸企業的一個警示,專利問題已是我們不得不面對和亟待解決的問題。
雖然目前中國大陸技術發展較快,但與國際水平相比規模較小,形不成競爭優勢和品牌。目前,大陸有十余家外延芯片廠商已經裝備MOCVD(金屬-有機物化學氣相淀積),投入生產的數量總計超過40臺。雖然2008年大約另有150臺MOCVD陸續安裝投入使用,不過MOVCD設備數量相比其他國家和地區還是偏少。行業的發展需要規模化效應以及穩定可靠的規模化量產技術,規模較小就會導致生產成本較高,從而也就喪失了與國際廠商競爭的能力。
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