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内容提要:LED存在静电释放损害和热膨胀系数等效能瓶颈和散热问题,使其功率不能做得很大,亮度低。目前常用的性能比较稳定的大功率LED芯片是1W和3W。可以通过集成芯片提高LED功率,但现在技术还不成熟,主要是需要解决散热问题。也可以通过多珠LED的串、并联或混联实现大功率LED灯具。后两种效率较低,用的较少,多珠LED串联是目前LED灯具在照明领域应用的主流。
LED灯的应用由于LED灯有其它灯具无可比拟的优点,LED灯正以非常快的速度发展并逐渐取代其他灯具,现在LED灯已经被广泛应用在各照明领域中。由于LED体积小,应用灵活,可以排列成各种形状,能够用计算机程序进行控制,所以可以显示出文字、图像、动画、影视等静态和动态的图案。在2008年的北京奥运会开幕式上,LED灯就显示了它无尽的魅力和优势。LED被大量使用在公众显示器中,如各种信号灯、景观照明、广场街道的美化、公共娱乐场所美化、舞台效果照明、建筑照明等。在液晶显示器中,LED被用作电脑、电视机和手机等显示屏幕的背光源。
在交通道路上,LED已经用于可控节能型路灯照明、隧道灯照明、立交桥照明、交通信号灯等。在汽车灯具方面,现在许多轿车的制动灯、位置灯、转向信号灯、后雾灯、倒车灯等灯具都开始采用LED光源。随着LED技术的不断提高,技术问题不断得到解决,大功率LED灯具的不断出现,LED在室内照明、汽车灯具、演播厅、观片灯等领域的应用将会更加普及。
LED虽然有很多优点,但是也存在着许多不足和技术问题有待进一步改进和解决,下面从几个方面对之进行了讨论。
1.大功率LED技术。LED存在静电释放损害和热膨胀系数等效能瓶颈和散热问题,使其功率不能做得很大,亮度低。目前常用的性能比较稳定的大功率LED芯片是1W和3W。可以通过集成芯片提高LED功率,但现在技术还不成熟,主要是需要解决散热问题。也可以通过多珠LED的串、并联或混联实现大功率LED灯具。后两种效率较低,用的较少,多珠LED串联是目前LED灯具在照明领域应用的主流。但是单珠串联有个致命弱点,一颗损坏,整路不通。这是制约大功率LED灯具在照明领域应用的一大瓶颈。提高LED灯具的功率,一是从芯片方面提高功率,另一是优化电路设计提高功率。
2.散热技术。温度是影响LED的一个重要因素,温度升高会使LED的光衰减加快,而芯片结点处的温度直接影响LED的寿命,所以LED散热能力的强弱限制了LED的功率大小。
LED内部的热量主要由LED芯片和印刷电路板工作时产生,对于小功率LED,通过自然传导对流的方式就可以把热量散发出去,但对于大功率LED就要考虑多方面散热。在散热设计上,通常从LED封装散热、电路板散热和增加散热部件等方面考虑。
3.芯片技术和芯片封装技术。芯片技术发展的关键是衬底材料的选择和外延片的生长技术。技术提升的关键都是围绕着降低缺陷密度和如何研发出更高效稳定的器件进行的,而如何提升LED芯片的发光效率则是目前整体技术指标的最重要衡量标准。传统的衬底材料有蓝宝石、Si、SiC,目前比较热门的材料有ZnO、GaN等。制造外延片的主流方法是采用金属有机物化学气相沉积。据2011年LED环球在线报道,美国北卡罗来纳州大学提出了一种新的氮化镓生长工艺,这一新工艺有望把材料的缺陷减低千分之一,从而制造出更高亮度的LED发光二级管。
4.光学设计技术。LED是点光源且方向性好,通过LED点阵设计、透镜和反光装置的设计及二次光学设计甚至三次光学设计,可以达到较理想的配光曲线,这也是光学设计的难点。在整体照明中,需要灯具有较大的照射面,可以使用线性LED灯条配以导光板等技术使之成为面光源。LED汽车信号灯可由反射镜和配光镜组成,通过合理的设计可达到法规配光要求的光形分布。
5.驱动技术。LED恒流驱动一般有电感型和开关电容型两种LED驱动,电感型LED驱动的驱动电流高,LED的端电压低,适用于驱动多只LED的应用。电容型LED驱动常用在大功率LED灯具中,其LED的端电压和电流高,可获得高的功率和发光效率。LED驱动电路的设计根据具体的需要可能会很复杂,但是在电路设计时必需考虑电源要有高的可靠稳定性以及电路要有浪涌保护等多种因素。
LED灯具面临的技术问题除了上述,还有系统设计技术等问题有待进一步提高。此外,在LED行业还没有形成统一的相关标准。
LED节能环保使用寿命长、直流驱动、可回收再利用,太阳能绿色环保无污染,太阳能电池提供的电压是直流电压,若把太阳能与LED灯结合起来使用,LED灯具在应用中就不再需要将交流电变为直流电,从而使使用方便简单。而且我们的社会能源问题和环境污染问题将会得到大大的改善。所以将LED与太阳能结合起来可能是将来照明事业的必然之路。现在这方面的应用还很少,已经有太阳能LED路灯、太阳能LED楼道灯、太阳能LED草坪灯等。
LED节能环保寿命长,随着LED技术水平的不断提升,高功率、高亮度、小尺寸LED灯的不断出现,LED灯具在各照明领域的应用必然会普及,LED灯具必定会深入到人们的日常室内照明、生活、交通之中。LED灯具及LED与太阳能的结合,将会成为未来照明领域的主力军。
1、——2023年全球LED照明行业发展现状及趋势中国已成为全球最大的LED照明产地【组图】
2、行业主要上市公司:木林森(002745);佛山照明(000541);阳光照明(600261);得邦照明(603303);海洋王照明(002724)等
3、本文核心数据:市场规模;发展历程;政策;区域发展格局
4、——全球LED照明行业正快速实现对传统照明产品的替代
5、通用照明市场可以分为LED通用照明和传统照明,全球照明行业经历19世纪末白炽灯、上世纪初节能荧光灯、80年代节能灯再到目前的LED照明四个阶段,LED照明凭借着能效比更高、寿命更长、更节能环保等诸多优势正实现对传统照明产品的替代。LED照明启于1962年,通用电气发明发光二极管。随后便进行了一系列照明技术革命,照明技术革命推动LED普及。目前,LED照明技术已经成熟,正快速实现对传统照明产品的替代。
6、——各国发布政策支持LED照明行业的发展
7、21世纪以来,全球环境问题日益突出,世界各国均加大了对环境保护的重视程度。LED照明产品具有节能环保的特点,成为全球各国的首选。各国都出台了相应的产业支持政策,以支持本国LED照明行业的发展。
8、2016年,欧洲率先发布了《欧洲照明行业2025年战略路线图》,提出了“提升生活品质”和“循环经济”两条发展主线,在照明节能的基础上进一步增加了可持续照明和健康照明的发展内容。日本也在《日本照明行业2030愿景》中提出,要在2030年将实现100%LED照明,智能照明和人因照明在2030渗透率达40%。
9、——中国已成为全球最大的LED照明产地
10、我国已成为全球最大的LED照明产地。此外,以新兴经济体为主的亚太LED市场发展明显好于以发达经济体为主的欧美LED市场。亚太LED市场中,东亚、西亚、东南亚、大洋洲市场发展较好,但南亚市场受到占比超过60%的印度市场下滑影响较大。沙特、韩国、泰国分别作为西亚、东亚和东南亚的代表在疫情的负面影响下仍取得超高增长,体现了较强发展活力。欧美LED市场中,北美市场恢复程度好于欧洲市场和南美市场,德、英、荷、法等欧洲主要经济体均出现不同程度下滑。
11、——全球LED照明行业市场规模呈现上升的趋势
12、2017-2021年,全球LED照明行业市场规模呈现上升的趋势。2020年,受产能过剩和新冠肺炎疫情影响,全球LED上游外延芯片产业和中游封装产业出现一定萎缩,但下游应用市场仍体现较强韧性。2021年,在全球疫情缓和的情况下,下游市场的发展空间增大,2021年全球LED照明行业市场规模达到1535亿美元,同比增长10%。
13、——2027年市场规模有望达到2750亿美元
14、2022年上半年全球陷入高通货膨胀经济景气度下行、俄乌冲突导致能源成本高涨、房地产周期下行和疫情反复等严重影响居家和商业照明市场需求,但欧美等地区重新开放经济,商业活动频繁刺激消费有所反弹,加上欧洲和日本地区节能改造项目需求,弥补了商业照明市场下滑。此外,东南亚地区经济活动表现佳,抵消了中国区市场需求的严重下滑。2022年下半年,随着刺激政策陆续出台,市场需求将会有所好转。
15、展望未来,未来照明产业更注重产品的光品质(如高光效、高演色性、R9值和色容差)、智慧化,因此,预估到2027年,全球LED照明行业市场规模将达到2750亿美元。
16、更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国LED照明行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》。
很好的啊!电灯、手机、电视机等很多电器上面都用LED,前景广阔!一、LED在室内商用领域的10大应用目前,LED在室内照明工程中的应用主要集中在商业照明网域,以装饰性照明为主。LED已经可以在很多场所代替传统光源使用,特别是大功率LED的出现,加速了LED取代传统照明光源的速度,也使得LED在室内照明的大面积应用变得现实。1.中高级专卖店、商场等室内商业气氛照明LED光源节能环保、无紫外线,迎合了某些商家展示个性化光环境的心理,成了一些商家针对某些特殊产品展示的偏好光源;它全光谱的色彩范围很适合烘托专卖店和商场的气氛,LED光源在局部照明、重点照明和区域照明方面的优势,能营造出其它传统照明电光源所无法比拟的高质量光环境,非常适合商业照明网域。这时候,价格成了次要考虑的因素。2.娱乐场所、美容院照明LED整合的光源具备全特性容易控制,可以创造静态和动态的照明效果,从白光到全光谱的任意色彩,渲染出一种强烈的娱乐气氛来,LED的出现给这类空间环境的装潢设计开启了新的思路。3.酒吧、咖啡厅等休闲场所的气氛照明LED光源体积小,固态发光,给了灯具制造商无限的发挥空间,可以专业制作各式不同风格的LED灯具,而LED全光谱的任意色彩和动静态的照明效果让它的装饰性和制造情调的功能在这一类场所表现得淋漓尽致。4.博物馆、美术陈列馆等专业场所的照明
博物馆、美术陈列馆等场所属于对照明环境要求较高的特殊场合,其展示物品的特殊性要求照明光源不含紫外线,没有热辐射。LED是冷光源,光线中不含紫外线,完全可以满足博物馆、美术陈列馆对照明的特殊要求。5.商业性剧场、电视演播厅舞蹈和摄影的舞台照明LED光源在室内照明的应用,给剧场、演播厅的照明环境诠释了一个新的概念。作为一流的英国电视台,GMTV去年将演播室的照明改为变色LED,照明方面的能源利用减少了60%以上,演播室的温度也降到更为舒适的程度。6.旅馆、酒店、宾馆照明酒店、宾馆的照明运用LED产品,给顾客带来一种不一样的感受,除了节约能源之外,还能尽显豪华和温馨,对业主而言,LED营造的个性化的光环境可以充分的彰显企业的实力。7.会议室、多功能厅照明智能化控制的LED灰阶可调,可以依据会议内容的不同调整会议室或多功能厅的照明环境,严肃或是活泼可以自由设定,LED智能化照明可以满足不同会议主题对光环境的需求。8.展览会、时装表演照明展览会、时装表演是商家展示其产品和服务的场地。对商家而言,为了更好的吸引顾客,推销商品并最终达成合作协议,他们需要个性化的光环境来展示其产品和服务,LED在展览会和时装表演照明网域大有用武之地。9.起居室和家庭影院照明利用LED的灯光色彩来烘托一种温暖、和谐、浪温的情调,体现舒适、休闲的氛围。LED的应用为家居照明诠释了另一种意义。10.大众运输情境照明包括飞机、巴士、捷运、高速铁路,这些大众运输工具的灯具,如果能够使用LED,对于营运与维护成本可有大幅度的削减,而且因为LED的光源属于方向性,不会影响不同座位的乘客,阅读灯、情境灯等相当适合。目前空中巴士A380就采用了LED灯具,日本新干线车辆也采用LED灯具。二、LED照明光源技术的应用前景及趋势长期以来,由于LED光效低的原因,其应用主要集中在各种显示领域。随着超高亮度LED(特别是白光LED)的出现,在照明领域的应用成为可能。据国际权威机构预测,二十一世纪将进入以LED为代表的新型照明光源时代,被称为第四代新光源。目前,照明消耗约占整个电力消耗的20%,大大降低照明用电是节省能源的重要途径,为实现这一目标,业界已研究开发出许多种节能照明器具,并达到了一定的成效。但是,距离"绿色照明"的要求还远远不够,开发和应用更高效、可靠、安全、耐用的新型光源势在必行。LED以其固有的优越性正吸引着世界的目光。美国、日本等国家和台湾地区对LED照明效益进行了预测,美国55%的白炽灯及55%的日光灯被LED取代,每年节省350亿美元电费,每年减少7.55亿吨二氧化碳排放量。日本100%的白炽灯换成LED,可减少1~2座核电厂发电量,每年节省10亿公升以上的原油消耗。台湾地区25%的白炽灯及100%的日光灯被白光LED取代,每年节省110亿度电。日本早在1998年就编制"21世纪计划",针对新世纪照明用LED光源进行实用性研究。近年来,日本日亚化工、丰田合成、SONY、佳友电工等都已有LED照明产品问世。世界著名的照明公司如飞利浦、欧司朗、GE等也投入大量的人力物力进行LED照明产品的研究开发和生产。美国GE公司和EMCORE公司合作成立新公司,专门开发白光LED,以取代白炽灯、紧凑型荧光灯、卤钨灯和汽车灯。德国欧司朗公司与西门子公司合作开发LED照明系统。台湾目前的LED产量仅次于日本列在美国之前。LED发展历史已经几十年,但在照明领域的应用还是新技术。随着LED技术的迅猛发展,其发光效率的逐步提高,LED的应用市场将更加广泛,特别在全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下,LED在照明市场的前景更备受全球瞩目,被业界认为在未来10年成为最被看好的市场以及最大的市场,也将是取代白炽灯、钨丝灯和荧光灯的最大潜力商品。结论LED在室外照明工程中的应用已经非常普遍,但在室内照明工程的应用却处在初步阶段,这一方面是因为流明成本太高的因素,另一方面也是因为LED室内照明的产品种类太少,照明设计人员苦于无从选取,而给室内照明产品的推广设定了障碍。LED室内照明产品的开发和推广应注重产品家族化、整合化、智慧化和人性化,提高发光效率与光通量利用率,最大限度地降低整体综合照明成本。我国在在一方面不甘人后,已进行了多年的开发研究,并且卓有成效。 2008年全球LED市场规模约为69亿美元,其中高亮度和超高亮度LED市场年平均增长率将达到20%左右,市场规模达16亿美元。在移动手机应用市场的快速推动下,过去10年高亮度LED市场的年均增长率达到46%。
我国现有LED企业600余家,企业主要集中在下游封装和应用领域,国内从事LED上游外延片和中游芯片的企业大约在10余家。全球LED主要供应国和地区是日本、台湾、美国和欧洲,其中台湾、大陆和韩国等非日本亚洲地区是全球LED产业增长最快的地区。在整个照明领域,我国是世界照明电器第一大生产国、第二大出口国,半导体照明产业有很强的产业基础,因此未来我国LED将面临巨大的发展机遇。
作为一种全新的照明技术,LED是利用半导体芯片作为发光材料、直接将电能转换为光能的发光器件。自20世纪60年代世界第一个半导体发光二极管诞生以来,LED照明由于具有寿命长、节能、色彩丰富、安全、环保的特性,被誉为人类照明的第三次革命。
(一)上游:产品主要分为单芯片与磊芯片,单芯片系作为材料的基板。
(二)中游:主要产品为晶粒。依LED不同需求进行磊芯片扩散、金属蒸镀、再在磊芯片上光罩、蚀刻、热处理,制成晶粒电极,最后经过晶粒切割、测试、检验后完成。
(三)下游:晶粒封装。将晶粒黏于导线架,依产品应用的不同,将晶粒封装成不同的LED。
LED作为LCD的背光源,与传统背光技术相比,除了省电之外优势外,还有很多独特的优点:1)LED的使用寿命可长达10万小时,大大延长了液晶电视的使用寿命; 2)LED背光源有更好的色域,色彩还原好;3)亮度调整范围大;4)LED背光可以灵活调整发光频率,而且频率大大高于CCFL,因此能完美地呈现运动画面;5)红绿蓝3色独立发光,很容易实时色彩管理; 6)可以调整的背光白平衡,同时保证整体对比度,而且不会牺牲亮度和对比度; 7)具有很好的亮度均匀性,所需的辅助光学组件更简单,屏幕亮度均匀性更为出色; 8)供电模块的设计也颇为简单,使用5~24V的低压电源,十分安全; 9)LED光源没有任何射线产生,也没有水银之类的有毒物质,绿色环保。10)抗震性能很出色。
上述数据测试于 2007年8月以前,随着LED发光效率、亮度的提高,背光用LED数量减少,目前功率已经低于CCFL背光。最新的数据显示LED背光笔记本比CCFL背光笔记本功耗低40%,可延长电池续航时间1-1.5倍。由于电池的正常充放电次数是500次,这样续航时间提高也变相减少了电池充放电次数,相当于延长了电池寿命。
厚度方面目前LED背光笔记本的厚度也已经取得优势,以13.3英寸白光LED笔记本面板为例,厚度可以薄40%,重量可以轻20%。2、受下游笔记本厂商销售策略影响2008年LED普及未达预期,LED在各方面都优于CCFL,但其价格高于后者。RGB LED背光比CCFL背光笔记本面板贵50至80美元;白光LED价格比CCFL高出不到25美元,但白光LED对CCFL优势会打折扣。目前市面上已经有多款LED背光屏笔记本电脑,业内曾经预期2008年LED背光板会在NB中大行其道,不过由于下游整机厂商2008年仍然把LED应用作为高端机型使用,其价格与普通笔记本的差额远远高过使用LED背光源增加的成本。
因此,下游笔记本的销售策略直接影响了LED在笔记本中的渗透率,2007年大约是3%,2008年是6%-8%。但这一状况有望在2009年以后获得改观。原因一方面是LED背光的不断成熟和下游笔记本电脑厂商已经开始改变销售策略。
应用一:显示屏是LED主要应用市场,全彩显示屏增势强劲。
我国LED显示屏市场起步较早,市场上出现了一批具有很强实力的LED显示屏生产厂商。目前LED显示屏已经广泛应用到车站、银行、证券、医院。在LED需求量上,LED显示屏仅次于LED指示灯名列第二,占到LED整体销量的23.1%。由于用于显示屏的LED在亮度和寿命上的要求高于LED指示灯,平均价格在指示灯LED之上,这就导致显示屏用LED市场规模达到32.4亿元,超过指示灯位居榜首成为LED的主要应用市场。凭借着独特优势,LED全彩显示屏广泛应用在体育场馆、市政广场、演唱会、车站、机场等场所。
应用二:小尺寸背光源市场放缓,中大尺寸将成为新关注点。
LED早已应用在以手机为主的小尺寸液晶面板背光市场中,手机产量的持续增长带动了背光源市场的快速发展。特别是2003年彩屏手机的出现更是推动白光LED市场的快速发展。但随着手机产量进入平稳增长阶段以及技术提升导致用于手机液晶面板背光源LED数量减少,使得LED在手机背光源中用量增速放缓。数量增速的放缓加上平均价格的不断下降,最终导致小尺寸背光源市场增长乏力,同时,中大尺寸背光源市场成为厂商新宠。
应用三:汽车车灯市场潜力大,但短期内市场很难启动。
LED作为汽车车灯主要得益于低功耗、长寿命和相应速度快的特点。有统计显示,在汽车以100公里的时速行驶下,装有LED刹车灯的车辆较没有装LED刹车灯的车辆刹车距离将减少7英尺。目前,LED已经逐步应用在汽车的第三刹车灯上。虽然LED目前还面临着单位瓦数流明低以及相关政策的限制,在进入汽车尾灯及前灯市场还需要一定的时间,但是随着成本性能比的下降以及发光效率的提升,最终LED将逐步实现从汽车内部、后部到前部的转移,最终占据整个汽车车灯市场。凭借着汽车的巨大产能,LED车灯市场面临着巨大的发展潜力。
应用四:室内装饰灯市场逐步启动,交通灯市场进入平稳增长期。
室内装饰灯市场是LED的另一新兴市场。通过电流的控制,LED可以实现几百种甚至上千种颜色的变化。在现阶段讲究个性化的时代中,LED颜色多样化有助于LED装饰灯市场的发展。LED已经开始做成小型装饰灯,装饰幕墙应用在酒店、居室中。经过多年的替换工作,全国主要城市由传统交通灯替换为LED交通灯的工作已经接近尾声。但是随着替换工作的完成,LED交通灯市场将不会再维持高速增长。
应用五:景观照明市场快速发展。
景观照明市场主要以街道、广场等公共场所装饰照明为主,推动力量主要来自于政府。受到2008年北京奥运会和2010年上海世博会的影响,北京、上海等举办地加快了景观照明的步伐,由于LED功耗低,在用电量巨大的景观照明市场中具有很强的市场竞争力。目前,LED已经越来越多地应用到景观照明市场中。
此外,奥运会和世博会的主要作用远远不再于自身带动景观照明市场的成长,更重要的是其榜样作用。其他城市在看到LED在景观照明中的出色表现会减少对于LED景观照明的使用顾虑,加快使用LE在景观照明中的应用。LED将会从一级城市快速向二级、三级城市扩展。
应用六:通用照明市场路漫漫,任重而道远。
对于进入通用照明市场而言,功率白光LED除面临着诸如发光效率低、散热不好、成本过高等问题外,还将面临到光学、机构与电控等的整合以及LED照明产品通用标准的制订。解决上述问题需要很长的一段时间。
由于酒店、商务会馆、高档商用写字楼等商用场所相对于价格的敏感度低。同时这些高档场所更注重于彰显品位与尊贵的地位,对于新兴产品抱有更大的兴趣度。这些都降低了LED照明进入的门槛。LED照明将率先进入商用市场,逐步向民用市场扩展。
我国LED产业的整体技术实力不强,任处于起步阶段,企业规模普通偏小。因此未来我国LED将面临巨大的发展机遇。