LED照明“解藥”重點方面

LED照明產業(yè)目前面臨嚴重的產能過剩、同質化競爭、低價競爭的惡性循環(huán)的危機，LED產業(yè)鏈亟待發(fā)展。因此，研發(fā)出新型、時尚、高照明質量的LED照明燈具將是今后研究的重大課題，具有較高的附加值和產值，從現(xiàn)在起就要重視起來。 　　LED產業(yè)發(fā)展分為兩階段 　　LED發(fā)展的第一階段產品發(fā)光效率較低，第二階段產品效率持續(xù)提高。 　　1962年，在美國通用電氣公司工作的Holonyak發(fā)明了磷砷化鎵發(fā)光二極管，并預言：“將來的燈可以是鉛筆頭大小的一塊合金，實用而不易破碎，決不會燒毀，比今天通用的燈泡轉換效率至少大10倍。”1968年美國孟山都公司推出了商用LED產品，30年以來，LED發(fā)光效率每10年提高10倍，到上世紀末，共提高了1000倍。Haitz等人于1999年10月提出了“另一次半導體革命”，揭開了半導體照明革命的序幕。 　　Holonyak在2000年的美國物理學會會刊J.P.S上以“發(fā)光二極管是燈的最終形式嗎?”為題發(fā)表文章，并得出結論“原則上發(fā)光二極管是燈的最終形式，實際上也是如此，它將發(fā)展到所有功率和顏色都實現(xiàn)為止，了解這一點極為重要”。到目前為止各種顏色的高亮度LED都已能生產，白光功率LED的發(fā)光效率到2010年又提高了10倍。 　　LED產業(yè)發(fā)展分為兩個階段，第一階段是從1968年到1999年，是LED產業(yè)的成長階段，產品特點是發(fā)光效率比較低，主要應用于信號和顯示。第二階段是從2000年到2020年，是LED產業(yè)提高發(fā)展階段，產品效率繼續(xù)提高，從相當于白熾燈的15lm/W提高到258lm/W，超過現(xiàn)有全部電光源。其應用范圍向照明領域擴展，直到成為該領域的主角。由于技術發(fā)展的引領和市場規(guī)模的逐步擴大，LED產業(yè)總規(guī)模呈十倍乃至百倍的增長。 　　向半導體照明產業(yè)鏈調整 　　在新形勢下，LED產業(yè)鏈必須調整為半導體照明產業(yè)鏈。 　　在LED產業(yè)發(fā)展的第一階段，產業(yè)鏈結構較為簡單，就是我們通常所說的LED上游、中游、下游產業(yè)。 　　LED上游產業(yè)鏈主要是指LED材料外延和芯片制造，通常我們將這些企業(yè)稱為芯片廠;LED中游產業(yè)鏈是指LED器件封裝產業(yè)，企業(yè)稱為封裝廠;LED下游產業(yè)鏈是指LED顯示或信號應用產品的產業(yè)，主要指LED顯示屏、LED信號燈、LED汽車燈、液晶背光源等。 　　在LED產業(yè)發(fā)展的第二階段，LED發(fā)光效率繼續(xù)大幅度提高，應用方面除了在原有信號和顯示領域進一步發(fā)展外，突出的是向照明領域逐步拓展。到2012年，LED器件效率達到130lm/W，不僅可以取代白熾燈、鹵鎢燈，也可取代熒光燈(包括緊湊型熒光燈)，產業(yè)規(guī)模大幅增長，尤其是照明應用市場開始啟動。典型例子是2010年日本銷售了2000萬個LED球泡燈，2011年銷售達3500萬個。歐洲射燈和PAR燈市場啟動、北美洲筒燈和球泡燈啟動、中國LED路燈啟動，人們稱2010年是LED照明的元年。LED照明應用將快速發(fā)展，在新形勢下，LED產業(yè)鏈將必須調整為半導體照明產業(yè)鏈。 　　半導體照明產業(yè)鏈的特點主要有三方面：第一，以LED照明應用作為主要應用領域;第二，除制成LED光源、LED燈具應用外，采用現(xiàn)代新技術發(fā)展照明服務和系統(tǒng)解決方案成為產業(yè)鏈中最大的產業(yè);第三，由于產業(yè)規(guī)模擴大，這就要求具有相應規(guī)模的生產設備和測試儀器制造產業(yè)發(fā)展起來。 　　半導體照明產業(yè)鏈的結構發(fā)展成一個倒三角形。從2010年與2020年全球半導體照明產業(yè)鏈對比的數(shù)據(jù)我們可以看出以下五個發(fā)展趨勢：第一，2010年全產業(yè)鏈是中間大兩頭小的菱形，極不正常，健康的產業(yè)結構應是如2020年的倒三角形，一個產業(yè)的出口要大;第二，2020年比2010年全產業(yè)鏈的總產值將增長53倍，增速很快;第三，增加倍數(shù)最大的是智能控制LED照明工程，大于700倍;第四，增加倍數(shù)其次大的是照明燈具，10年增長30倍，再次的是LED封裝件，10年增長25倍;第五，從2020年的產值看，照明燈具系統(tǒng)的產值幾乎是LED封裝器件的4倍。 　　關于半導體照明產業(yè)鏈發(fā)展有以下幾點看法： 　　第一，在初步建立完整產業(yè)鏈基礎上繼續(xù)發(fā)展材料和器件生產，它是產業(yè)鏈的基礎，它的率先增長將促進下游產業(yè)的持續(xù)發(fā)展。在擴大50多倍產值的前景下，努力研發(fā)生產制造和測試設備，尤其是MOCVD設備，并大力支持合格產品的優(yōu)先使用、推廣，爭取在下一波的大發(fā)展中用上自己生產的設備。 　　第二，在初步解決LED光源質量、壽命和市場的情況下，加大照明燈具的研發(fā)力度。將節(jié)能光源、優(yōu)質照明和文化藝術相結合將是一個永恒的主題。猶如布料和時裝，布料會有淘汰和發(fā)展，而時裝不論什么布料都會與時俱進、長盛不衰，甚至30年輪流轉。提供高品位的LED照明燈具，是現(xiàn)在就可以著手做的，LED的許多優(yōu)點給照明燈具設計提供了更大的創(chuàng)新空間。 　　第三，最大的發(fā)展應是照明服務和系統(tǒng)解決方案，或稱智能照明系統(tǒng)控制工程?，F(xiàn)代科技為我們提供了傳感器、網(wǎng)絡技術、無線通信，以及其他硬件、軟件條件，我們可以搭建這一平臺。LED可以調光、調色,與集成電路在一個系統(tǒng)中兼容，LED顯示屏技術和景觀照明技術的發(fā)展已經(jīng)為我們提供了方向，還能產生二次節(jié)能的效益。我們幾年前曾設想的用手機或電腦在戶外開關或調控家中照明，今年在展會已看到實驗樣機，據(jù)說不久就會有產品出售。LED照明的節(jié)能、環(huán)保和美化生活將在更寬的領域內以更大的規(guī)模展開。 　　產業(yè)鏈內容亟待發(fā)展 　　制造和測試設備、LED照明燈具和智能控制LED照明系統(tǒng)工程三方面，是亟待發(fā)展的產業(yè)鏈內容。 　　在制造和測試設備方面，一是MOCVD設備。目前全國有17家企業(yè)從事該研發(fā)工作，部分單位已有外延初步結果。國際上有兩家大的企業(yè)，其方向是大型化、高效化。二是襯底制造設備。蘭寶石長晶設備、碳化硅長晶設備已有較大進展，GaN長晶設備還需加強。三是芯片制造設備。如光刻機、激光劃片機、離子束鍍膜機、離子刻蝕機、芯片自動檢測機等。四是器件封裝自動化設備。全自動固晶機、全自動焊線機、自動點膠機、自動編帶機等。五是LED光源、燈具自動化制造設備。如自動貼片機、回流焊機、光源或燈具自動化生產線。六是測試設備。芯片自動測試儀、光熒光譜測試儀、載流子濃度測試儀，載流子濃度縱向分布測試儀、測厚儀，LED器件光、色、電綜合測試儀，LED加速老化和壽命測試儀等。 　　在LED照明燈具方面，目前的LED照明燈具主要是按傳統(tǒng)照明燈具的取代燈概念仿制，如LED射燈、LEDPAR燈、LED筒燈、LED球泡燈、LED管燈、LED吸頂燈、LED路燈、LED隧道燈。而具有LED特色的如平板燈這一類還不多。此外，利用上述光源或燈具進行再設計，研發(fā)出新型、時尚、高照明質量的LED照明燈具將是今后百年常新的課題，考慮到具有較高的附加值和產值較高，從現(xiàn)在起就要重視起來。 　　在智能控制LED照明系統(tǒng)工程方面，以往無論是傳統(tǒng)照明還是LED照明都是只統(tǒng)計產值到照明燈具，習慣上將照明工程歸屬于建筑工程。如果將智能控制導入，不僅使用了許多現(xiàn)代新技術，而且還有提高照明質量和第二次節(jié)能的效果，所以半導體照明產業(yè)鏈理應包括這部分。實際上景觀照明發(fā)展壯大成為新興產業(yè)已經(jīng)是這樣做了，無論設計、施工、招標，我們都是按照景觀照明工程這一總體來進行的。 　　照明控制從開關到調光，從單燈到智能系統(tǒng)，已有20多年歷史，但大都是用于傳統(tǒng)燈具，LED照明最需要也最適合智能化控制，而LED照明系統(tǒng)的智能化控制才剛開始。 　　半導體照明智能控制技術是傳感器技術、控制技術、通信技術和計算機網(wǎng)絡技術的結合。它必將向數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡化發(fā)展，以提供節(jié)能的、方便的、舒適的和健康的照明系統(tǒng)。 　　半導體照明智能控制是指利用人機界面、信號網(wǎng)絡控制、供電網(wǎng)絡控制、LED燈具控制來實現(xiàn)智能化的光照明環(huán)境。其發(fā)展趨勢是頂層控制因特網(wǎng)化、供電控制自動化、節(jié)能控制交互化以及故障反饋自動化。 　　現(xiàn)在已有一些公司建成了一批半導體照明智能控制系統(tǒng)工程，但從產業(yè)來說，還是方興未艾。在現(xiàn)代科學技術的支撐和創(chuàng)新研發(fā)的推動下，它必將發(fā)展成為半導體照明產業(yè)鏈中最大也是最輝煌的一環(huán)。