半導(dǎo)體照明應(yīng)用提速 產(chǎn)業(yè)規(guī)模效應(yīng)仍未形成
[導(dǎo)讀]半導(dǎo)體照明（LED照明），是上世紀(jì)90年代發(fā)展起來的新一代冷光源，具有傳統(tǒng)光源無可比擬的優(yōu)勢：節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境(不含汞等有害物質(zhì))、壽命長(5萬小時)、減少維護(hù)費用、提供更好的燈光品質(zhì)、改進(jìn)燈光視覺效果和安全
半導(dǎo)體照明（LED照明），是上世紀(jì)90年代發(fā)展起來的新一代冷光源，具有傳統(tǒng)光源無可比擬的優(yōu)勢：節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境(不含汞等有害物質(zhì))、壽命長(5萬小時)、減少維護(hù)費用、提供更好的燈光品質(zhì)、改進(jìn)燈光視覺效果和安全性，這些都使LED技術(shù)在眾多基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中得到越來越多的應(yīng)用。
人類現(xiàn)代化文明造成的能源危機(jī)警示我們：節(jié)能環(huán)保刻不容緩，資源的開發(fā)利用需要可持續(xù)發(fā)展。從2003年起，全國大部分地區(qū)遭遇了新一輪的電力短缺。電力短缺的情況促進(jìn)了電力的發(fā)展，但同時也引發(fā)了我們對替代能源和新能源的思考。
政策支持高效照明產(chǎn)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(shù)據(jù)顯示，美國22%的電力消耗于照明領(lǐng)域。國內(nèi)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(jié)能又環(huán)保的照明革命迫在眉睫。
據(jù)調(diào)查，如果以LED取代圣誕樹上的彩燈，美國在每年12月至少節(jié)電20億千瓦時，相當(dāng)于200萬個家庭整整一年的用電量。而美國實現(xiàn)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(jié)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(yīng)的措施也正在如火如荼地展開：美國計劃在未來12年內(nèi)，逐步淘汰白熾燈，改用節(jié)能環(huán)保的新式照明燈，新式照明燈將比目前燈泡至少節(jié)電70%;澳大利亞政府宣布，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(fā)展和改革委員會聯(lián)合發(fā)布《高效照明產(chǎn)品推廣財政補貼資金管理暫行辦法》，重點支持高效照明產(chǎn)品替代在用的白熾燈和其他低效照明產(chǎn)品。財政補貼重點支持5大類高效照明產(chǎn)品：普通照明用自鎮(zhèn)流熒光燈(俗稱節(jié)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(chǎn)品，半導(dǎo)體照明產(chǎn)品以及必要的配套鎮(zhèn)流器。
除節(jié)能之外，LED照明最大的優(yōu)勢在于不含汞等有害金屬物質(zhì)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)照明后可以大大降低汞、鉛等對環(huán)境的污染。以在背光上的應(yīng)用為例，2008年全球個人電腦出貨量預(yù)期將達(dá)到2.96億臺(IDC公司預(yù)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(huán)境的污染。
綜上所述，在照明領(lǐng)域，LED的應(yīng)用將以其綠色節(jié)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(dǎo)體照明引人注目
當(dāng)然，業(yè)界對于LED的發(fā)展趨勢眾說紛紜。有人認(rèn)為LED照明成本和一些配套技術(shù)(散熱、配光等)還是無法和傳統(tǒng)照明抗衡，前景不容樂觀，也有人認(rèn)為目前LED照明產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成熟，加上能源危機(jī)的推動，在近期內(nèi)可以取代眾多傳統(tǒng)照明。這兩個觀點都有失偏頗，前者太強(qiáng)調(diào)困難性，忽略了其照明本身的發(fā)展性，后者則有些盲目樂觀。中國照明協(xié)會陳燕生理事長表示，LED很有發(fā)展前景，但是現(xiàn)在在國內(nèi)過熱，什么都與LED扯上關(guān)系。的確，LED照明的前景很“亮”，但仍需要一個發(fā)展的過程。我們還需要以理性的態(tài)度面對其發(fā)展，既要看到其前景，又要正視其發(fā)展的困難性。
LED在綠色城市的應(yīng)用尤為引人關(guān)注。綠色城市即生態(tài)城市，生態(tài)城市的概念是在上世紀(jì)70年代聯(lián)合國教科文組織發(fā)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(chuàng)造力和生產(chǎn)力得到最大限度的發(fā)揮，而居民的身心健康和環(huán)境質(zhì)量得到最大限度的保護(hù)，物質(zhì)、能量、信息被高效利用。其中電力消耗、綠色發(fā)展前景是其重要的幾個評判標(biāo)準(zhǔn)，而LED在這兩個方面的優(yōu)勢使其在綠色城市中當(dāng)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(tǒng)熒光燈照明進(jìn)行了對比，其中前臺的8個吸頂燈使用了LED照明，可以根據(jù)不同環(huán)境要求調(diào)解不同的輝度值，能耗可以從15-42W自主調(diào)節(jié)，平均節(jié)能達(dá)21%-71%。在接待區(qū)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(jié)能77%。此外，由于LED的長壽命(5萬小時)，大大降低了其維護(hù)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(dǎo)體照明城市計劃(該項目旨在發(fā)展高效率半導(dǎo)體照明)。Torraca已經(jīng)將其所有路燈轉(zhuǎn)變?yōu)長ED路燈，與傳統(tǒng)照明解決方案相比，LED路燈節(jié)約了75%的能耗。Torraca市長DanieleFilizola也對取代傳統(tǒng)照明的LED技術(shù)十分滿意，他表示：“我們的目標(biāo)是將LED技術(shù)應(yīng)用于市內(nèi)所有的路燈，我們已經(jīng)完成了100%LED路燈照明的建設(shè)。顯著的節(jié)能效果令我們非常滿意，也已經(jīng)在計劃用LED照明取代城市其他傳統(tǒng)照明?！蓖瑯?，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(jié)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(jīng)量產(chǎn)的LED效率可高達(dá)80lm/W，這就意味只要使用少于100顆的LED就可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)路燈照明。一來使用長壽命的LED可以大大減少路燈的維護(hù)折舊費用，二來可以通過LED燈具的二次光學(xué)設(shè)計，使得LED路燈達(dá)到IES（照明工程協(xié)會）標(biāo)準(zhǔn)中類型Ⅱ中的光強(qiáng)分布。
產(chǎn)品技術(shù)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(qū)動電流，標(biāo)準(zhǔn)電壓3.8V，可達(dá)80lm的標(biāo)準(zhǔn)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(shù)，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(lán)）三顆大功率芯片，其1.0mm的輕薄特質(zhì)在照明領(lǐng)域更得到淋漓盡致的發(fā)揮。10W單封裝P7亮度為900lm，即90lm/W的效率，P7發(fā)光角度也較傳統(tǒng)白熾燈和熒光燈有更大的優(yōu)勢，當(dāng)該產(chǎn)品應(yīng)用于聚焦照明領(lǐng)域，將更能發(fā)揮其發(fā)光效率方面的優(yōu)勢。 [!--empirenews.page--]
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(diào)設(shè)備，可根據(jù)不同的使用環(huán)境和光學(xué)要求調(diào)節(jié)LED的輝度。此產(chǎn)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(jù)不同的應(yīng)用場合進(jìn)行選擇，從而營造不同氛圍的燈光效果。
LED跟傳統(tǒng)照明燈具相比，具有效率高、節(jié)能等優(yōu)點。一般普通白光LED顯色指數(shù)為70-80，但Cree最新研發(fā)的LED燈具LR6，在保持LED的高能效比同時，通過技術(shù)改進(jìn)，使其顯色指數(shù)提高到92，并且可直接調(diào)節(jié)亮度，方便客戶使用，以減少不必要的能耗，達(dá)到節(jié)能目的。
專利和產(chǎn)業(yè)規(guī)模問題尚待解決
目前LED領(lǐng)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(yīng)商也集中于這些國際大廠，日本市場主要以Nichia、TG產(chǎn)品為主，北美市場是Cree產(chǎn)品居多，而我國臺灣地區(qū)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(quán)，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，雖然得到政府的支持，發(fā)展比較快，但我國上游專利申請量少，并以外圍發(fā)明專利為主。下游應(yīng)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(chǎn)能的進(jìn)一步擴(kuò)大，大陸企業(yè)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(xiàn)的337法案問題也是對大陸企業(yè)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(shù)發(fā)展較快，但與國際水平相比規(guī)模較小，形不成競爭優(yōu)勢和品牌。目前，大陸有十余家外延芯片廠商已經(jīng)裝備MOCVD（金屬-有機(jī)物化學(xué)氣相淀積），投入生產(chǎn)的數(shù)量總計超過40臺。雖然2008年大約另有150臺MOCVD陸續(xù)安裝投入使用，不過MOVCD設(shè)備數(shù)量相比其他國家和地區(qū)還是偏少。行業(yè)的發(fā)展需要規(guī)模化效應(yīng)以及穩(wěn)定可靠的規(guī)?；慨a(chǎn)技術(shù)，規(guī)模較小就會導(dǎo)致生產(chǎn)成本較高，從而也就喪失了與國際廠商競爭的能力。
人類現(xiàn)代化文明造成的能源危機(jī)警示我們：節(jié)能環(huán)保刻不容緩，資源的開發(fā)利用需要可持續(xù)發(fā)展。從2003年起，全國大部分地區(qū)遭遇了新一輪的電力短缺。電力短缺的情況促進(jìn)了電力的發(fā)展，但同時也引發(fā)了我們對替代能源和新能源的思考。
政策支持高效照明產(chǎn)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(shù)據(jù)顯示，美國22%的電力消耗于照明領(lǐng)域。國內(nèi)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(jié)能又環(huán)保的照明革命迫在眉睫。
據(jù)調(diào)查，如果以LED取代圣誕樹上的彩燈，美國在每年12月至少節(jié)電20億千瓦時，相當(dāng)于200萬個家庭整整一年的用電量。而美國實現(xiàn)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(jié)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(yīng)的措施也正在如火如荼地展開：美國計劃在未來12年內(nèi)，逐步淘汰白熾燈，改用節(jié)能環(huán)保的新式照明燈，新式照明燈將比目前燈泡至少節(jié)電70%;澳大利亞政府宣布，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(fā)展和改革委員會聯(lián)合發(fā)布《高效照明產(chǎn)品推廣財政補貼資金管理暫行辦法》，重點支持高效照明產(chǎn)品替代在用的白熾燈和其他低效照明產(chǎn)品。財政補貼重點支持5大類高效照明產(chǎn)品：普通照明用自鎮(zhèn)流熒光燈(俗稱節(jié)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(chǎn)品，半導(dǎo)體照明產(chǎn)品以及必要的配套鎮(zhèn)流器。
除節(jié)能之外，LED照明最大的優(yōu)勢在于不含汞等有害金屬物質(zhì)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)照明后可以大大降低汞、鉛等對環(huán)境的污染。以在背光上的應(yīng)用為例，2008年全球個人電腦出貨量預(yù)期將達(dá)到2.96億臺(IDC公司預(yù)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(huán)境的污染。
綜上所述，在照明領(lǐng)域，LED的應(yīng)用將以其綠色節(jié)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(dǎo)體照明引人注目
當(dāng)然，業(yè)界對于LED的發(fā)展趨勢眾說紛紜。有人認(rèn)為LED照明成本和一些配套技術(shù)(散熱、配光等)還是無法和傳統(tǒng)照明抗衡，前景不容樂觀，也有人認(rèn)為目前LED照明產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成熟，加上能源危機(jī)的推動，在近期內(nèi)可以取代眾多傳統(tǒng)照明。這兩個觀點都有失偏頗，前者太強(qiáng)調(diào)困難性，忽略了其照明本身的發(fā)展性，后者則有些盲目樂觀。中國照明協(xié)會陳燕生理事長表示，LED很有發(fā)展前景，但是現(xiàn)在在國內(nèi)過熱，什么都與LED扯上關(guān)系。的確，LED照明的前景很“亮”，但仍需要一個發(fā)展的過程。我們還需要以理性的態(tài)度面對其發(fā)展，既要看到其前景，又要正視其發(fā)展的困難性。
LED在綠色城市的應(yīng)用尤為引人關(guān)注。綠色城市即生態(tài)城市，生態(tài)城市的概念是在上世紀(jì)70年代聯(lián)合國教科文組織發(fā)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(chuàng)造力和生產(chǎn)力得到最大限度的發(fā)揮，而居民的身心健康和環(huán)境質(zhì)量得到最大限度的保護(hù)，物質(zhì)、能量、信息被高效利用。其中電力消耗、綠色發(fā)展前景是其重要的幾個評判標(biāo)準(zhǔn)，而LED在這兩個方面的優(yōu)勢使其在綠色城市中當(dāng)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(tǒng)熒光燈照明進(jìn)行了對比，其中前臺的8個吸頂燈使用了LED照明，可以根據(jù)不同環(huán)境要求調(diào)解不同的輝度值，能耗可以從15-42W自主調(diào)節(jié)，平均節(jié)能達(dá)21%-71%。在接待區(qū)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(jié)能77%。此外，由于LED的長壽命(5萬小時)，大大降低了其維護(hù)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(dǎo)體照明城市計劃(該項目旨在發(fā)展高效率半導(dǎo)體照明)。Torraca已經(jīng)將其所有路燈轉(zhuǎn)變?yōu)長ED路燈，與傳統(tǒng)照明解決方案相比，LED路燈節(jié)約了75%的能耗。Torraca市長DanieleFilizola也對取代傳統(tǒng)照明的LED技術(shù)十分滿意，他表示：“我們的目標(biāo)是將LED技術(shù)應(yīng)用于市內(nèi)所有的路燈，我們已經(jīng)完成了100%LED路燈照明的建設(shè)。顯著的節(jié)能效果令我們非常滿意，也已經(jīng)在計劃用LED照明取代城市其他傳統(tǒng)照明?！蓖瑯?，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(jié)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(jīng)量產(chǎn)的LED效率可高達(dá)80lm/W，這就意味只要使用少于100顆的LED就可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)路燈照明。一來使用長壽命的LED可以大大減少路燈的維護(hù)折舊費用，二來可以通過LED燈具的二次光學(xué)設(shè)計，使得LED路燈達(dá)到IES（照明工程協(xié)會）標(biāo)準(zhǔn)中類型Ⅱ中的光強(qiáng)分布。
產(chǎn)品技術(shù)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(qū)動電流，標(biāo)準(zhǔn)電壓3.8V，可達(dá)80lm的標(biāo)準(zhǔn)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(shù)，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(lán)）三顆大功率芯片，其1.0mm的輕薄特質(zhì)在照明領(lǐng)域更得到淋漓盡致的發(fā)揮。10W單封裝P7亮度為900lm，即90lm/W的效率，P7發(fā)光角度也較傳統(tǒng)白熾燈和熒光燈有更大的優(yōu)勢，當(dāng)該產(chǎn)品應(yīng)用于聚焦照明領(lǐng)域，將更能發(fā)揮其發(fā)光效率方面的優(yōu)勢。 [!--empirenews.page--]
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(diào)設(shè)備，可根據(jù)不同的使用環(huán)境和光學(xué)要求調(diào)節(jié)LED的輝度。此產(chǎn)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(jù)不同的應(yīng)用場合進(jìn)行選擇，從而營造不同氛圍的燈光效果。
LED跟傳統(tǒng)照明燈具相比，具有效率高、節(jié)能等優(yōu)點。一般普通白光LED顯色指數(shù)為70-80，但Cree最新研發(fā)的LED燈具LR6，在保持LED的高能效比同時，通過技術(shù)改進(jìn)，使其顯色指數(shù)提高到92，并且可直接調(diào)節(jié)亮度，方便客戶使用，以減少不必要的能耗，達(dá)到節(jié)能目的。
專利和產(chǎn)業(yè)規(guī)模問題尚待解決
目前LED領(lǐng)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(yīng)商也集中于這些國際大廠，日本市場主要以Nichia、TG產(chǎn)品為主，北美市場是Cree產(chǎn)品居多，而我國臺灣地區(qū)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(quán)，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，雖然得到政府的支持，發(fā)展比較快，但我國上游專利申請量少，并以外圍發(fā)明專利為主。下游應(yīng)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(chǎn)能的進(jìn)一步擴(kuò)大，大陸企業(yè)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(xiàn)的337法案問題也是對大陸企業(yè)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(shù)發(fā)展較快，但與國際水平相比規(guī)模較小，形不成競爭優(yōu)勢和品牌。目前，大陸有十余家外延芯片廠商已經(jīng)裝備MOCVD（金屬-有機(jī)物化學(xué)氣相淀積），投入生產(chǎn)的數(shù)量總計超過40臺。雖然2008年大約另有150臺MOCVD陸續(xù)安裝投入使用，不過MOVCD設(shè)備數(shù)量相比其他國家和地區(qū)還是偏少。行業(yè)的發(fā)展需要規(guī)模化效應(yīng)以及穩(wěn)定可靠的規(guī)?；慨a(chǎn)技術(shù)，規(guī)模較小就會導(dǎo)致生產(chǎn)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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