白色LED 史上最高效率和最低價格咫尺之遙
不久的將來,白色led很可能達到200lm/W,成為史上效率最高的光源,價格也將低于熒光燈,直逼白熾燈泡。任何裝置、任意地點都能使用LED照明的時代即將到來。
受到2011年3月11日的大地震和海嘯的影響,日本關(guān)東地區(qū)和東北地區(qū)陷入了嚴重的缺電狀態(tài)。為了填補核電站停運的缺口,新發(fā)電設(shè)備的必要性日益提高,而且,控制電力消費也成了當務(wù)之急。
在此情況下,可立竿見影取得節(jié)電效果的“LED照明”受到關(guān)注。照明占全日本用電量的約2成。而LED化就是使用能源效率較高的LED照明,減少用電量。
LED化的活躍也表現(xiàn)在了數(shù)字上。例如,GfK Marketing Services Japan發(fā)布的資料顯示,2011年3月中旬以后,LED燈泡在日本國內(nèi)的銷量快速增加。到4月的第2周,LED燈泡在全部燈泡中所占的數(shù)量比例為27.1%,金額比例為67.0%,都創(chuàng)下了歷史最高紀錄。尤其是在面臨電力短缺的關(guān)東甲信越地區(qū),該周的銷量比上年增加182.1%,遠遠高于全國120.4%的平均增幅。
企業(yè)采用LED照明的行動也十分活躍。例如,連鎖便利店日本7-11公司決定從2011年5月開始,以東京電力公司轄區(qū)為中心,把約5000店鋪的店內(nèi)照明和店面指示牌逐步換成LED。
“銷量是上年的3~4倍”
照明的LED化并非始于現(xiàn)在。不只是日本,其他各國也在積極采用。這是因為LED照明器具配備的白色LED的壽命超過4萬小時,約是熒光燈的4倍,因此更換頻率較低,而且具有耗電量比熒光燈低10~40%的優(yōu)勢。
在日本,為了應(yīng)對2010年4月實施的《節(jié)能法》修訂版,采用LED照明的企業(yè)越來越多。LED企業(yè)的照明用白色LED供貨量陡增,西鐵城電子公司稱,“2010年的供貨量增加到了上年的3~4倍”。
LED化的繁榮景象歸功于白色LED價格的走低。在過去,白色LED的價格一直高于白熾燈泡和熒光燈等傳統(tǒng)光源。在路燈等部分照明使用白色LED的2005年,光通量1lm的單價(亮度單價)約為10日元/lm。比白熾燈泡的0.1~0.2日元/lm,熒光燈的0.3~0.6日元/lm不是一個數(shù)量級。但白色LED的亮度單價正在以每年30%以上的速度下降,進入2011年后,全行業(yè)的平均水平已經(jīng)降到了約0.7日元/lm。提供給大宗客戶的價格更是只有0.4~0.5日元/lm,直逼熒光燈(圖1)。
白色LED在2011年5月的亮度單價平均約為0.7日元/lm(以發(fā)光效率為先的類型)。亮度單價正在以每年約30%的速度降低,如果保持這個速度,到2015年將跌破0.2日元/lm
據(jù)遠藤照明稱,隨著照明器具中光源所占的成本下降,在現(xiàn)如今,“LED照明價格必然高已是往日云煙”。初期投資高這一采用LED照明的門檻已經(jīng)有所降低,這是LED照明以東日本大地震為契機更加受到關(guān)注的原因所在。
單價與白熾燈泡相當
白色LED的單價下跌今后估計還會持續(xù)一段時間。很多企業(yè)都認為,單價會以每年30%的速度下降或是更快。如果長此以往,到2015年,單價將跌破0.2日元/lm,達到稱得上與白熾燈泡相同的水平(注1)。
(注1)即使白色LED與白熾燈泡的亮度單價相同,照明器具的部件成本也不盡相同。因為利用交流電點亮白色LED需要使用ACDC轉(zhuǎn)換電路和散熱部件?,F(xiàn)在,對于LED燈泡,白色LED在生產(chǎn)成本方面約占40%。
不要忘記,白色LED的發(fā)光效率在今后幾年還會繼續(xù)提高(圖2)。從現(xiàn)在的發(fā)光效率來看,照明用高端品種在目錄上記載的是130~140lm/W,在實際使用條件下為110~120lm/W,安裝在照明器具上的綜合效率為100lm/W左右(注2)。目錄值高達200lm/W的白色LED估計會于2012~2013年出現(xiàn)在市場上。某海外LED企業(yè)表示,在實際使用條件下達到200lm/W的類型“估計也會在5年內(nèi)投產(chǎn)”。
(注2)根據(jù)白色LED的電量情況,發(fā)光效率各不相同。以輸入功率為1W的產(chǎn)品為例,目錄值上的發(fā)光效率一般是脈沖狀通過350mA電流時的數(shù)值。發(fā)光部分的溫度(接合溫度)基本為室溫(25℃)。按照一般看法,實際在照明器具中使用時,接合溫度將上升到85~100℃,發(fā)光效率會比目錄值低10~15%。而且,從照明器具整體來看,電源電路和光學部件還存在損耗。因此,綜合效率會比白色LED的目錄值低20~30%。
白色LED自從1996年問世以來,發(fā)光效率一直在不斷提高(a)。在意欲引領(lǐng)技術(shù)開發(fā)的LED企業(yè)中,還有些企業(yè)計劃率先于2012~2013年向市場投放200lm/W產(chǎn)品(b)。
到那個時候,價格之低媲美白熾燈泡,而且效率超越歷史最高的高壓鈉燈的光源將唾手可得。任何裝置、任意地方都能使用LED照明的時代將隨之到來。
在白色LED低價格化和高效率化趨勢的背后,是不斷增加的LED需求的支撐。如今,帶動LED市場的是液晶電視用背照燈光源。背照燈用和照明用白色LED的形狀和輸入功率雖然各異,但封裝內(nèi)安裝的藍色LED芯片的生產(chǎn)工藝卻基本相同。背照燈用白色LED生產(chǎn)效率的提高基本會直接過渡到照明用途。
這一趨勢持續(xù)2~3年后,帶動市場的龍頭估計會逐漸轉(zhuǎn)向照明器具用途,市場將繼續(xù)擴大(圖3)。
各種液晶面板、照明器具、車載裝置使用的LED芯片的需求動向如圖所示??倲?shù)預(yù)計將在2015年超過每年1000億個。照明器具和車載裝置等其他用途也增幅巨大。
利用傳感器和IT實現(xiàn)智能照明
獲得低價且高效的白色LED后,過去沒有從事照明的企業(yè)就有了涉足照明業(yè)務(wù)的土壤(圖4)。
把配備白色LED的裝置和相關(guān)服務(wù)作為業(yè)務(wù)的企業(yè)越來越多。新進企業(yè)的行業(yè)門類繁多,從建筑商到IT類商社和企業(yè)、辦公家具企業(yè)應(yīng)有盡有。這些企業(yè)將把使用白色LED的照明裝置與傳感器、通信技術(shù)聯(lián)動,實現(xiàn)開關(guān)燈、調(diào)光控制等功能。
從前面提到的電力短缺問題出現(xiàn)之前開始,除了裝置企業(yè)之外,建筑商和IT企業(yè)就一直把用于溫室氣體減排的節(jié)能裝置和系統(tǒng)作為新業(yè)務(wù)開展。這些裝置和系統(tǒng)能夠借助人體傳感器和照度傳感器等傳感器與IT聯(lián)動的亮度控制,使約占耗電量2成的照明實現(xiàn)節(jié)能。
LED照明推進協(xié)議會表示,以白色LED為首,LED“能夠以毫秒和微秒進行控制。與IT的整合性好”。而且,亮度變化對于輸入電流的追隨性也公認較高。這一特征能夠在與傳感器聯(lián)動和精密調(diào)光等方面發(fā)揮威力。
通過與IT聯(lián)動,照明還有望進一步提高功能。利用LAN控制照明的舉措也已經(jīng)成為了IT類企業(yè)和研究機構(gòu)的熱點。利用IPv6網(wǎng)絡(luò),除了LED照明器具外,還向作為光源的白色LED逐一分配IP地址,精密控制照明的研究開發(fā)也在進行。隨著核心部件白色LED價格降低,利用這些特點的系統(tǒng)也就降低了實用化的門檻。
而且,對于光源的使用者,一個好消息是采購以薄型面光源為特征的照明用有EL面板將更加容易。各公司計劃從2011年開始,一齊向市場投放這種面板(表1)。按照目前的看法,到2014年,效率高于熒光燈,僅次于白色LED的有機EL照明有望投入實用,與白色LED分別應(yīng)用于適宜的用途。
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