LED照明的市场分析

与其在科技市场中的潜能相比,LED 在照明行业中的普及率仍然很低,特别是 在低功耗及高能效方面,其利用率更低。尽管如此,相关数据显示,LED 封装方面, 芯片的销量呈上升趋势。而在 LED 照明系统方面,预计固态照明的增长率仍然稳定在每年至少12%以上,其年销售额超过200亿美元。

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2012年,LED封装的销售额超过30亿美元,在所有 LED 应用领域中居最高。与半导体产业类似,此种增长是与LED成本的降低相对应。为了确保盈利,厂家更倾向于产品多样化,通过稳定的价格提供更高性能的 LED ,或者是通过提高产量和减少封装成本等方式来大幅降低生产成本。

一些 LED 制造商正在生产一些具有更高附加价值的元件和系统,并开始为固态照明提供综合化服务:由此,LED 制造商与照明系统供应商之间的界线愈加模糊。加快 LED 在照明产业中普及速度的关键,是由于传统光源无法制造出在外形、功能(如灯光调节)、以及智能照明系统的一体化等方面的产品。

综述

在近期发布的一份研究中(“发光二极管在通用照明中的应用”,2013年5月),美国能源部确认,2012年使用 LED 节约能耗达71万亿BTU (英热单位),约为208亿度电,相当于减少了6.75亿美元的能耗费用。美国2012年安装了大约5, 000万盏 LED 灯具。为了更好地了解 LED 的市场潜力,我们可以假设美国地区所有灯具所采用的光源都替换为 LED ,那么由此节约的能耗将达3, 873万亿BTU,相当于每年节省了370亿美元的能耗费用。固态照明如今在全球市场中所占的比例有限,但整体呈增长趋势。据估计,2012年LED 光源照明产品的销售额达到了144亿美元,增幅达25%。与此同时,将一盏60瓦的白炽灯替换成为光效相等的 LED 灯的成本,也从之前的约50美元下降到了如今的约15美元。

LED 市场的演变

根据 LED 发展蓝图,美国能源部预测在2024年,LED 将在整个照明市场中占60%(以光量单位流明小时计算),光效约为200流明每瓦。然而该数据并不实际,与大多数分析公司的预测不符。麦肯锡咨询公司预测 LED 的市场渗透率将在2020年达到52%;HIS 环球透视公司则声称到2020年时,当年售出的灯具中,25%将采用  LED  技术。人们已经在实验室中制作出光通量高于200流明/瓦的 LED 灯具,并正在加紧其面世。单个 LED 芯片的光效与光强度的提升意味着,达到某一光通量所需要的 LED 数量在过去的几年中已经减少到了五分之一:如今只需要二十几个LED 芯片,就可以实现10, 000流明的光通量。

表1 显示了美国能源部在过去几年中为冷白光 LED  与暖白光  LED  设定的性能目标。其中许多目标实际上都是在半导体产业中实现的。如果以光通量为变量来列举数据,LED 在过去这四年中的价格几乎是以指数的方式递减(如图1)。图中数值为购买1000盏以上 LED 灯具时的商业价格,而发光效率与光通量则仍按35安每平方厘米的电流密度计算。图2则是在与高光强度的放电灯与荧光灯相比时,LED 灯具将会提升的发光效率。

LED 市场与科技的进步

在研发领域的投资(在一定程度上由各国政府提供)促进了技术的进步。根据美国能源部提供的资料,2012年中国政府在 LED 技术领域的投资约为1亿美元,中国台湾约为2.5亿美元,欧洲约为4, 000万美元,而美国政府的投资为2,100万美元(该数据不包括各公司在研发领域所的投资)。此种资金投入在美国已经稳定持续了多年,除了2009年由于金融危机而减少了5, 000万美元投入。在中国,部分投资资金用来购买 MOCVD (金属有机化合物化学气相沉淀)反应器,该设备对于氮化铝镓/氮化镓异质结-即 LED 的基础制作材料-的增长十分必要。每一台 MOCVD 的价格约为180万美元,而在政府投入的帮助下,中国地区  MOCVD  的数量由2009年的135台增加到了2012年的800台。表2列举了全球最大的 LED 照明设备、标识牌、LED 背光设备制造商,并按照收入的多少和增长因素的顺序进行排列。由此可见,在接下来的几年内,将至少有一家中国企业加入到该名单中。

LED 元器件市场在2012年以137亿美元的营业额创下了新纪录(其中还不包括独立于 LED 部件之外的单独芯片的销售额),比2011年的销售额整体提升了9.6%。图3显示,该增长主要源于照明系统中对 LED 使用的增加,这弥补了 LED 在电视与显示屏背光领域的增长减缓现象,以及在移动电话显示屏领域的收入减少所带来的影响。LED 照明市场规模从2011年的15亿美元,增长到了2012年的31亿美元。尽管产品的价格在降低,LED 照明市场在2017年以前将仍保持每年7%的增长速度(如图4),而固态照明市场的年增长率也将保持在12%,直至2017年。届时,LED 照明市场的规模将会超过200亿美元。所有 LED 技术应用产品(除照明产品之外,包括有灯箱标示、以及手机屏幕、显示器和 LED 电视的背光设备等)的增长,以及产品价格的下降,都与 LED 元件在数量上的指数级增加相符合(如图5):如果实际采用的 LED 芯片的统计数量在图中直观地显示,那么 LED 芯片呈现出来是一个斜线上升的趋势。 曲线斜率将会更高,因为在市面上出售的许多大功率  LED  产品都包含了几十块的独立 LED 芯片。

LED 市场下一站

LED 初期成本因素仍旧影响着其市场普及化的进展(尽管在进行技术比较时,将购置成本对应的平均使用寿命也应考虑在内):在光输出相同的条件下, 一盏  LED 灯目前的成本是卤素灯的八倍、是紧凑型可调荧光灯的两倍。价格战将继续下去,市场风险也同样被提升。LED 制造商们正在制定各种不同方案确保利润。一方面,生产成本可通过减小设备的封装尺寸进行优化。此方面案例可参见科锐 XQ-D、飞利浦 Luxeon Z、以及欧司朗 OSLON。以上设备尺寸中甚至有不足2.5平方毫米,这不仅让产品对应的封装成本大大降低,也让 LED 成为一种点状设备,从而简化了光学系统设计,并且将通过超小型电子管系统获得的通量密度最大化。

将发光效率与成本的比率最大化的另一种方法是优化热接口以及降低工作电压,从而实现发光效率的显著增加。多家设备制造商已采取了该策略,其中就有科锐通过下接合焊盘工艺实现的直接连接技术,该技术剔除了封装过程中对焊线的要求,并且确保了更好的散热效果。

为了降低成本、将系统性能最大化,制造商们可制作出以板上芯片封装技术为基础的高密度一体化光源。夏普、西铁城、以及三星等公司已采用该方案,在最大化地减少了照明设备的安装和使用的同时,保证了光源的高效性和显色性。依赖线电压驱动的光源则确保了 LED 设备更大的灵活性(如首尔半导体的产品)。此外,一些照明系统制造商成功运用非接触式荧光粉技术制造出新的照明设备。该策略方案尽管在光学设计阶段需要花费更多功夫,却最大程度地发挥了荧光粉的表现性和可靠性,并且它所维持的设备工作温度,要远远低于采用 LED 封装技术的设备。

固态照明产业的发展

正如之前所述,与半导体产业类似,与发光功率和光通量等方面持续的性能提升相伴随的是制造商之间的竞争,以及由此带来的 LED 产品价格的逐渐下降。对于 LED 制造商而言,在价格持续下降时可做出的回应就是生产拥有更多附加价值的完整光源、模组、灯具、甚至整个照明系统。LED 照明系统不断提升的平均寿命将给整个照明产业带来巨大的改变,将减轻售后服务的负担以及维护服务对照明产业的影响。

总之,在价格降低的同时为保持利润的增长,LED 照明系统将会不断改良,并向多元化方向发展,而新的业务模式与市场也会不断涌现。照明设计领域翻天覆地的变化、对 LED 技术特点的充分利用、以及在家庭自动化和多功能系统中 LED 照明的一体化,都将给这个产业带来新的机遇。对标准化的需求在不断提升,但这或许会与产品市场的需求和每间公司各自的特长相冲突。对 LED 照明设计、照明建筑、照明设备的安装、以及不同应用领域维护服务的关注正在不断提升:办事处、企业、零售商、公共建筑以及学校的照明设计;博物馆和艺术品的光线设计;街灯、体育场馆以及娱乐场馆的照明设备安装等等。每一个照明应用领域都各自有不同的具体要求,需要遵照相关的法例执行。如果想要让一种  LED  产品可以适用于所有的这些应用环境,最好办法就是优化产品的能源效率、商业利润、以及经营管理。

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