LED:乐观期待未来 冷静面对缺憾

来源:未知作者:新葡亰企业 日期:2020/03/01 18:17 浏览:

半导体照明(LED照明),是上世纪90年代发展起来的新一代冷光源,具有传统光源无可比拟的优势:节约能源、保护环境(不含汞等有害物质)、寿命长(5万小时)、减少维护费用、提供更好的灯光品质、改进灯光视觉效果和安全性,这些都使LED技术在众多基础设施建设中得到越来越多的应用。

人类现代化文明造成的能源危机警示我们:节能环保刻不容缓,资源的开发利用需要可持续发展。从2003年起,全国大部分地区遭遇了新一轮的电力短缺。电力短缺的情况促进了电力的发展,但同时也引发了我们对替代能源和新能源的思考。

政策支持高效照明产品

照明能耗在整个电力消耗中占了举足轻重的位置,美国能源部数据显示,美国22%的电力消耗于照明领域。国内更甚,以上海为例,照明用电占上海全市用电的1/3以上,既节能又环保的照明革命迫在眉睫。

据调查,如果以LED取代圣诞树上的彩灯,美国在每年12月至少节电20亿千瓦时,相当于200万个家庭整整一年的用电量。而美国实现灯泡全面换代之后,从2012年到2030年,美国在照明能耗上的开支将节省400亿美元,这将意味着可以少建14座热力电厂和每年减少至少5100万吨的碳排放。而一系列相应的措施也正在如火如荼地展开:美国计划在未来12年内,逐步淘汰白炽灯,改用节能环保的新式照明灯,新式照明灯将比目前灯泡至少节电70%;澳大利亚政府宣布,将在2010年之前全面禁止使用白炽灯照明。

2008年1月21日,财政部、国家发展和改革委员会联合发布《高效照明产品推广财政补贴资金管理暂行办法》,重点支持高效照明产品替代在用的白炽灯和其他低效照明产品。财政补贴重点支持5大类高效照明产品:普通照明用自镇流荧光灯(俗称节能灯),三基色双端直管荧光灯(T8、T5型),金属卤化物灯、高压钠灯等电光源产品,半导体照明产品以及必要的配套镇流器。 除节能之外,LED照明最大的优势在于不含汞等有害金属物质,代替传统照明后可以大大降低汞、铅等对环境的污染。以在背光上的应用为例,2008年全球个人电脑出货量预期将达到2.96亿台(IDC公司预测),如果LED取代一半背光,以每台1支CCFL(冷阴极灯管),每支5mg汞计算,那么将减少740kg的汞污染,大大减少了对环境的污染。

综上所述,在照明领域,LED的应用将以其绿色节能的性能,成为继明火和白炽灯之后的第三次照明变革。

半导体照明引人注目

当然,业界对于LED的发展趋势众说纷纭。有人认为LED照明成本和一些配套技术(散热、配光等)还是无法和传统照明抗衡,前景不容乐观,也有人认为目前LED照明产业已经成熟,加上能源危机的推动,在近期内可以取代众多传统照明。这两个观点都有失偏颇,前者太强调困难性,忽略了其照明本身的发展性,后者则有些盲目乐观。中国照明协会陈燕生理事长表示,LED很有发展前景,但是现在在国内过热,什么都与LED扯上关系。的确,LED照明的前景很“亮”,但仍需要一个发展的过程。我们还需要以理性的态度面对其发展,既要看到其前景,又要正视其发展的困难性。

LED在绿色城市的应用尤为引人关注。绿色城市即生态城市,生态城市的概念是在上世纪70年代联合国教科文组织发起的“人与生物圈(MAB)”计划研究过程中提出的,它是一种理想的城市模式,其中前沿科技与自然充分融合,人的创造力和生产力得到最大限度的发挥,而居民的身心健康和环境质量得到最大限度的保护,物质、能量、信息被高效利用。其中电力消耗、绿色发展前景是其重要的几个评判标准,而LED在这两个方面的优势使其在绿色城市中当仁不让地成为引人注目的亮点。

美国科锐(Cree)公司在安装LED照明之后与传统荧光灯照明进行了对比,其中前台的8个吸顶灯使用了LED照明,可以根据不同环境要求调解不同的辉度值,能耗可以从15-42W自主调节,平均节能达21%-71%。在接待区使用了另外方案取代了26盏吸顶灯,一致性高,每个灯12W,平均节能77%。此外,由于LED的长寿命(5万小时),大大降低了其维护处理成本。事实上,它们还不含汞等其他需要特殊处理的有害金属。我们可以想象,如果我国有一半的办公室使用LED照明,这将大大减少电力消耗。

2008年5月,意大利南部小城Torraca宣布参加了半导体照明城市计划(该项目旨在发展高效率半导体照明)。Torraca已经将其所有路灯转变为LED路灯,与传统照明解决方案相比,LED路灯节约了75%的能耗。

Torraca市长DanieleFilizola也对取代传统照明的LED技术十分满意,他表示:“我们的目标是将LED技术应用于市内所有的路灯,我们已经完成了100%LED路灯照明的建设。显著的节能效果令我们非常满意,也已经在计划用LED照明取代城市其他传统照明。”同样,在中国,路灯在公共照明用电中所占比例最大。我们也可以想象,如果使用LED路灯即可以每盏节能73%,以路灯用电占城市照明用电的1/3计算,将减少城市照明21.9%的能耗。

目前已经量产的LED效率可高达80lm/W,这就意味只要使用少于100颗的LED就可以代替传统路灯照明。一来使用长寿命的LED可以大大减少路灯的维护折旧费用,二来可以通过LED灯具的二次光学设计,使得LED路灯达到IES(照明工程协会)标准中类型Ⅱ中的光强分布。

产品技术不断取得突破

日本日亚公司近期推出了一款由6颗低功率芯片集成的1W大功率LED器件———NS6系列。半功率角120度,300mA驱动电流,标准电压3.8V,可达80lm的标准光通输出。较之目前市场上其他的低功率芯片集成封装大功率技术,日亚NS6系列具有更高的光输出效率与更好的可靠性。

韩国首尔推出Z-powerP7系列包含RGB(红绿蓝)三颗大功率芯片,其1.0mm的轻薄特质在照明领域更得到淋漓尽致的发挥。10W单封装P7亮度为900lm,即90lm/W的效率,P7发光角度也较传统白炽灯和荧光灯有更大的优势,当该产品应用于聚焦照明领域,将更能发挥其发光效率方面的优势。

Cree公司2008年6月推出了MC-E系列大功率LED,它和单芯片封装的基座相同,等同于4颗单芯片大功率LED,从而降低了封装成本。另外,它还配备自调设备,可根据不同的使用环境和光学要求调节LED的辉度。此产品涵盖了冷白、中性白和暖白等各种色温,让使用者可以根据不同的应用场合进行选择,从而营造不同氛围的灯光效果。 LED跟传统照明灯具相比,具有效率高、节能等优点。一般普通白光LED显色指数为70-80,但Cree最新研发的LED灯具LR6,在保持LED的高能效比同时,通过技术改进,使其显色指数提高到92,并且可直接调节亮度,方便客户使用,以减少不必要的能耗,达到节能目的。

专利和产业规模问题尚待解决

目前LED领域的专利,尤其是白光专利仍然集中在世界五大厂商Cree、Nichia、Osram、Lumileds、TG手中。主要的LED芯片供应商也集中于这些国际大厂,日本市场主要以Nichia、TG产品为主,北美市场是Cree产品居多,而我国台湾地区市场则以晶电最大。而一些台湾封装厂商,如亿光、东贝等,主要以中低端市场为主,他们有一些大厂的专利授权,但目前受一定限制,出口日本、欧美等地仍有被诉讼危险。

相对而言,中国大陆厂商起步较晚,虽然得到政府的支持,发展比较快,但我国上游专利申请量少,并以外围发明专利为主。下游应用专利申请量虽大,但大部分都是实用新型专利,随着芯片及封装产能的进一步扩大,大陆企业越来越多地参与国际竞争,也将更多地面临专利问题,去年出现的337法案问题也是对大陆企业的一个警示,专利问题已是我们不得不面对和亟待解决的问题。

虽然目前中国大陆技术发展较快,但与国际水平相比规模较小,形不成竞争优势和品牌。目前,大陆有十余家外延芯片厂商已经装备MOCVD(金属-有机物化学气相淀积),投入生产的数量总计超过40台。虽然2008年大约另有150台MOCVD陆续安装投入使用,不过MOVCD设备数量相比其他国家和地区还是偏少。行业的发展需要规模化效应以及稳定可靠的规模化量产技术,规模较小就会导致生产成本较高,从而也就丧失了与国际厂商竞争的能力。

编辑:LC-HY