LED照亮一切-(实现200lmW以上的发光效率和高易用性)

LED照亮一切（一）：即将实现史上最高的效率和最低价格白色LED不久或将实现200lm/W这一史上最高的效率和价格低于荧光灯、接近白炽灯泡的最低价位。任何设备、任何地点都可利用LED照明的时代即将到来。受2011年3月11日东日本地震和海啸的影响，日本的关东地区和东北地区出现了严重的电力不足。为代替停运的核电站发电，对新发电设备的需求日益高涨，同时，控制电力消费也成了紧迫课题。其中，作为具有速效性的举措而备受关注的是照明的'LED化〃。照明占日本整体用电量的约2成。LED化是指通过采用能源效率较高的LED照明降低这一用电比例。LED化的活跃动向还表现在数字上。例如，GfKMarketingServicesJapan发布的资料显示，2011年3月中旬以后，日本国内的LED灯泡销量迅速增加。2011年4月的第二周，LED灯泡在所有灯泡中所占的比例按数量计算为27.1％，按金额计算为67.0％，均创下了历史最高记录。尤其是在出现电力不足的关东甲信越地区，本周的销量比上年增加了182.1％，大幅高于全国平均增长的120.4％。各企业也在积极导入LED照明。例如，Seven-ElevenJapan计划从2011年5月开始，陆续将该公司主要位于东京电力管辖范围内的约5000家便利店店铺的店内照明器具和店面招牌更换为LED。“销量达到上年的3〜4倍”照明的LED化并不是从现在才开始的。导入LED照明的不仅有日本，世界各地都在行动。这是因为，LED照明器具配备的白色LED的寿命为4万多小时，约为荧光灯的4倍，更换频率较低，而且还具有耗电量只有荧光灯的10〜40％等优点。尤其是在日本，为了应对2010年4月实施的《修正节能法》，导入LED照明的企业不断增加。LED厂商的照明用途白色LED的供货量大幅增加，''2010年的供货量达到了上年的3〜4倍〃（西铁城电子）。推动实现LED化的，是白色LED价格的降低。此前，白色LED的价格一直比白炽灯泡和荧光灯等已有光源要高。单位光通量的单价（亮度的单价）在只有路灯等部分照明使用白色LED的2005年为10日元/Im左右。这远远高于白炽灯泡的0.1〜0.2日元/lm和荧光灯的0.3〜0.6日元/lm的价位。不过，白色LED的亮度单价在以年均30%以上的速度下降，进入2011年后，业界平均降到了约0.7日元/lm。面向大客户的价格为0.4〜0.5日元/lm，已经逼近荧光灯（图1）。

-E辽B-E辽B图1：史上最便宜的光源近在眼前截至2011年5月，白色LED的亮度单价平均约为0.7日元/Im（优先发光效率的品种）。亮度单价正以年均30％左右的速度降低，如果一直保持这一速度，到2015年将低于0.2日元/Im。（图根据本站的采访资料制作）由于降低照明器具中的光源成本下降，目前已经是“LED照明价格不再高”（远藤照明）的状况。导入LED照明的门槛一一初期投资的大幅降低也是LED照明因东日本大地震进一步受到关注的理由。实现与白炽灯泡相当的单价白色LED的单价今后一段时间内还会继续降低。很多LED厂商认为，LED的价格将以年均30%或更高的速度下降。如果一直保持这一速度，那么到2015年将低于0.2日元/Im，降到与白炽灯泡相同的水平注1）。注1）即使白色LED和白炽灯泡的亮度单价相同，照明器具的部材成本也不尽相同。因为，若想利用交流电源驱动白色LED，需要AC-DC转换电路和散热部件等。目前，白色LED芯片占LED灯泡制造成本的约40%。不过，提高白色LED的发光效率也需要数年的时间（图2）。目前的发光效率方面，照明用途高端品种的产品目录值为130〜140lm/W，在实际使用条件下为110〜120lm/W,安装到照明器具上的综合效率为100lm/W左右注2）。估计目录值达到200Im/W的白色LED将于2012〜2013年面世。在实际使用条件下达到200Im/W的产品，''在未来5年内可能实现产品化"（某海外LED厂商）。注2）发光效率因白色LED的点灯状况而异。目录值的发光效率一般是指，输入功率为1W的产品在以脉冲状流过350mA电流时的数值。发光部的温度（接合温度）基本为室温（25D。实际用于照明器具时，接合温度上升至85〜100°C，发光效率也会较目录值下降10〜15%。另外，照明器具整体还存在电源电路和光学部件的损失等。因此，综合效率会比白色LED的目录值降低20〜30%。

(A)各冲光谏的发光效辜吏化2SA口|,右说JT泪1^3019500DDE(A)各冲光谏的发光效辜吏化2SA口|,右说JT泪1^3019500DDE的白也吉奪灯IbI科锐的产品盟IS260IBttilW瑚细纳1BO160闻依1IXBCIM豹W0】并樑未叡容吨乩加口Eb正在■产的妣式图2：达到200lm/W白色LED自1996年面世以来，发光效率一直在不断提高(a)。在率先开发技术的LED厂商中，有公司计划尽快在2012〜2013年上市200lm/W的产品。(图(a)由本站根据美国DepartmentofEnergy(DOE)的资料制作，(b)由本站根据科锐在展会上的参展资料制作)也就是说，将实现兼顾最低价格和最咼效率的光源，价格与白炽灯泡相当，而效率将超过此前最咼的咼压钠灯。任何设备、任何地点均可使用LED照明的时代即将到来。白色LED的低价格化和高效率化趋势推动了不断高涨的LED需求。目前，拉动LED市场的是用于液晶电视的背照灯光源。虽然用于背照灯和用于照明的白色LED的形状及输入功率不同，但收纳在封装内的蓝色LED芯

片的生产工艺大致相同。提高背照灯用白色LED生产效率的手段，基本可以直接用于照明领域。这一趋势今后将持续2〜3年，之后，用于照明器具的白色LED将取代背照灯光源推动市场增长，预计市场会继续进一步扩大（图3）。-<-?!」WM爲-U竝OT1-<-?!」WM爲-U竝OT12008200S201Q201120>2201420154*于中小割喜晶：板t卞箍■■白L|用于大尺寸液晶血扳刖于弹于in闭于玛明器具，”甲于路灯于1B号IT—用于甲机和tt捏—阳于他博垢端和阳t灯I白色i尽干车製论斋£可见光｝、陽于车宦设条I白色〉图3：用于主要应用的LED芯片的需求每年将超过1000亿个本图表示了用于各种液晶面板、照明器具及车载设备等的LED芯片的需求动向。预计2015年总数将超过1000亿个。用于照明器具和车载设备等的其他用途的增长率较高。（图由本站根据iSuppliJapan的调查数据制作）利用传感器和IT技术实现智能照明实现价格低且效率高的白色LED，将为此前未涉足照明业务的企业培育出进军照明业务的环境（图4）。图4：LED相关企业的类型增加将配备白色LED的产品及相关服务作为一项业务经营的企业不断增加。新涉足企业涉及各行各业，包括建筑商、IT商社及企业、办公家具厂商等。这些企业通过将采用白色LED的照明产品与传感器和通信技术等联动，来实现点灯、灭灯以及调光控制等。目前除照明器具厂商外，建筑商和IT企业也纷纷把开发削减温室气体的节能设备和系统作为一项新业务。在这些设备和系统中，占电力消费量约2成的照明用途方面，通过将人感传感器和照度传感器等传感器类元件与IT技术的联动来控制亮度，从而实现节能。白色LED''能以毫秒和微秒进行控制。与IT技术的整合性较高"（LED照明推进协会）。另外，亮度随着输入电流而产生的变化也比较大。该特点通过与传感器联动和细微调光等发挥作用。通过与IT技术联动，还可进一步实现照明的高功能化。通过LAN控制照明的举措在IT类企业和研究机构也开始盛行起来。利用IPv6网络向LED照明器具和光源白色LED分别分配IP地址、细微控制照明的研究开发也在不断推进。通过以低价格购买核心部彳一一白色LED，采用上述特点的系统降低了实用化的门槛。

另外，对于光源的消费者来说，可以更加便利地购买道采用面光源的薄型照明有机EL面板也是一个好消息。IbILEDfcW机EL观盼战的比轮昭$5崙比”蠢如14if机大的i&jJLsHhi„业舸!开各公司纷纷计划2011年上市这种面板（表1）。预计IbILEDfcW机EL观盼战的比轮昭$5崙比”蠢如14if机大的i&jJLsHhi„业舸!开1厂曲12010年|20”年EM去年KANEKA幵M■产1$月卜-幵为臥陋〔秩）Lumiotec拝品ft極以年产因万枚射規棋■产「片1三和东北;tt*开始■严H片1NECJDII3皿磁段产列塢閘再松下电工制出光兴严开殆小尸日月1昭IC1电丁正衽辛提强科抨站■产飞利黒IE庄说就正（ai主娶业务计划有机EL阴朋3011年迎垠"■产元年“戟明胆有机左L而瓯此爾一直證乎日亚计划2012年年产500亿个对于白色LED用户而言，“玫瑰色”时代即将到来，但另一方面，LED厂商则处于一种微妙的立场。因为，这既是扩大业务的机会，同时也将使各厂商面临比以往更严峻的竞争。各LED厂商已经纷纷开始采取对策增强产能。LED厂商的生存之争已然拉开帷幕。例如，在LED厂商中市场份额位居首位的日亚化学工业将扩充白色LED的基础材料——GaN系半导体LED芯片的生产线，2012年生产能力将增强至2009年4倍的年产500亿个（图5（a））。韩国首尔半导体（SeoulSemiconductor）“2010年初的产能为月产10亿个，如果新设生产线顺利启动，则2011年内将增至月产22.5亿个的规模”（日本首尔半导体）。生产能力倍增的德国欧司朗光电半导体（OSRAMOptoSemiconductors）“如果今后5年内生产规模不扩大一位数，就无法保持价格竞争力〃（日本欧司朗），因此必须进一步增强产能。I自】日亚化学工业的LED年产醴H冷：，I自】日亚化学工业的LED年产醴H冷：，2009^3012=J0D正往宙说拊爾厂300〔GM】M昭<胡25001500woaL欧擾25001500woaL欧擾年图5：增强LED芯片的生产能力由于LED芯片需求旺盛，LED厂商将迅速增强生产能力。例如，日亚化学工业计划2012年将生产能力增至年产500亿个(按300pm见方的LED芯片换算)的规模(a)。从不同地区来看，年产能增长最显著的是中国。(图(b)由iSuppliJapan提供)迅速增强产能的，还有中国的新兴企业。中国厂商加速增强了蓝色LED芯片的主要制造装置一一用于形成GaN系半导体层的MOCVD装置的产能。据iSuppliJapan估算,2012年中国厂商的生产能力将占世界整体的40%(图5(b))0不过，也有很多观点指出，LED厂商增强设备的速度过快。因为，从需求整体来看，LED厂商拥有的MOCVD装置数量，''即使是在目前也出现了剩余〃(丰田合成)。“韩国三星LED当初新下单150台MOCVD装置，但最近半年来好像取消了很大一部分”(Displaysearch)，供给过剩风险已经成为现实。同时提咼性能在可能会陷入过度竞争的情况下，LED厂商为了抓住市场扩大这一商机，将加快高效增加产量和改进业务体制的速度（图6）。产■的扩大通过进行设备投资扩充生产线韩〜.合湾、中国大陆厂裔卜计划以比萍眉瞬和酒晶而板薯低1煌数的投资観获得全味首位悅额晶画的大口径牝很多厂商卜向4英寸过臥还计划实现E英寸LED芯片的小型化R美欧厂裔卜通过提高辑入LED芯片的电適密度缩小芯片尺对，堆加一宁摘卿的芯片生产亍数改变业务体制扩大业务范围養广泛涉足供应链，确保利祠确粽销路鉄将牛产的LED芯片全部售出，提匾吸孜成吕率按需开发产品卜増拥面向特底客戶的大录鋪餌，避幵价格兗争图6：LED厂商生存下去的关键在价格不断下降的情况下，面临生存危机的LED厂商积极采取了行动。生存下去的关键大致有两点。一是通过扩大产量降低生产成本。另一个是，改变业务范围、销路以及产品开发等业务体制。前者在扩张生产线、推进晶圆大口径化的同时，还必须提高生产线的效率。例如，为了通过小型LED芯片获得相同的亮度，需要增加从一个晶圆上获得的芯片数量，另外需要提高目前为60％左右的成品率等。与此同时，还必须改进色调和均匀性等白色LED存在的课题。改进业务体制的重点大致有三方面：扩大业务范围、确保销路、按需开发注3。注3）在用于电池驱动产品的光源中，按需开发的白色LED更好用。例如，丰田合成与大型产品厂商共同研究,通过将正向电压降至3V以下等，已经在业务上取得成功。扩大业务范围是指广泛涉足LED照明的供应链，以确保利益。发挥充分了解白色LED使用经验的LED厂商的优点，开发可直接安装在LED照明器具上使用的光源模块或者LED照明器具（图7）。图7：扩大业务范围LED厂商不但想扩大生产能力，还在供应链的下游扩大了业务范围。照明相关LED市场的扩大已是必然，各厂商计划以此增加销售额和利润。LED厂商LED直接生产照明器具，存在与其客户一一模块厂商和照明器具厂商竞争的危险性。不过，“LED照明器具的业务领域广泛，我们会尽量推出不与客户产生冲突的产品'（美国安华高科技），''由于可缩短LED照明器具的开发期间，照明器具厂商反而表示了友好的态度〃（将业务范围扩大至LED模块的西铁城电子）。西铁城电子上市的模块特点是，不使用AC-DC转换电路，可直接利用交流电力点亮白色LED（图8）。对照明器具厂商而言，好处是可省去设计电源电路等。时间（ms}ID152Q时间ims)时间（ms}ID152Q时间ims)对］时间「。阴脇动率.1.2佩方式此决的产副S忙佔20W：2j