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LED照明市场爆发中的节能技术瓶颈分析

放大字体缩小字体发布日期:2014-10-21 来源:[标签:出处] 作者:[标签:作者] 浏览次数: 98
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权威数据预测,到2020年全球照明市场规模将超过1500亿美元,较2010年的1340亿美元增长11.9%。虽然整体规模增长不大,但是照明产品结构会发生明显变化。

随着人们环保意识的日益增强,LED作为新一代照明技术,成为全社会关注的焦点。在价格不断下跌,以及发光效率与寿命不断提升的双重因素推动下,加上具备省电、节能以及环保的优势,LED照明迎来了市场爆发的时点。然而,技术的自主研发是我国产业长期存在的劣势,在研判市场趋势的同时,分析LED照明产品生产中关键设备和重要材料尚存的诸多技术瓶颈,对产业发展具有很好的参考意义。

1、替换潮大幕开启

权威数据预测,到2020年全球照明市场规模将超过1500亿美元,较2010年的1340亿美元增长11.9%。虽然整体规模增长不大,但是照明产品结构会发生明显变化。其中,LED照明市场份额将由2010年的50亿美元左右增加到750亿美元,即10年将扩张15倍。2014 年,LEDinside预计全球LED照明产品出货量将增长68%,产值达178亿美元。

另据台湾拓扑产业研究所的数据,目前全球LED照明的渗透率仅为 10%,到2015年或最迟2020年,渗透率将达到50%,也就是说,未来几年间,LED照明器件将大量替换传统照明装置。图1所示为近几年全球LED 照明市场的渗透率趋势。

从2014年起,欧美国家开始逐步淘汰民用市场用量最大的40~60W白炽灯泡,为LED照明产品的普及提供了有利的契机。这也将刺激全球LED照明厂商加快布局LED照明的步伐,进一步推升全球LED照明渗透率。美国政府对于LED照明的扶持力度正在逐渐加大,能源之星等灯具补贴数量增长迅速,促使LED灯具价格进一步降低。

CREE等厂商纷纷看好2014年LED照明市场发展,并预期替换性灯具的销量增长将成为接下来的业务增长重点。在市场相对成熟的欧洲,虽然并未见到大规模的补贴政策,但是其高昂的电价以及光文化的差异,使得商用照明与户外建筑情境照明应用持续存在需求。而未来几年随着白炽灯泡全面禁止政策的影响发酵,预估市场将继续呈现稳定增长态势。

作为LED领域的产业强国,日本在推动世界LED产业发展的过程中也发挥了十分重要的作用。早在十多年前,日本已开始实施推动半导体照明技术发展及产业化的“21世纪光计划”,是世界上最早启动扶持LED产业政策的国家之一。

近年来,在日本政府的大力扶持下,LED照明产业成长迅速。同时日本国内节能意识高涨,尤其之前发生东日本大地震后,政府更提出“低碳素社会”(节能减碳)的目标。其中LED照明产品飞速普及,成为节能产品代表。

此外,在LED新兴市场如巴西、印度、越南、俄罗斯等国家和地区,也相继出台了各种规划和草案,扶持LED照明产业的发展。这些地区对于LED照明产品的需求呈明显上升趋势,LED照明市场正在快速增长,尤其是在LED公共照明和商用照明市场表现更为明显。

多种数据表明,未来1~3年内LED照明将完成从15%~60%的渗透,大量的LED照明市场需求将被释放出来。有力的扶持政策将直接带动LED照明市场的快速成长。

2、技术瓶颈亟待突破

LED发光效率虽然不断提升,但仍存在电光转换效率低、散热性能差、暖白光LED照明的显色指数和色温控制较难等亟待解决的问题,这些都已成为现阶段制约LED照明行业发展的瓶颈。

LED产业链下游的产出要以上游材料为基础,但因材料本身的显示度不明显,人们对材料的关注很容易被弱化,造成对基础材料研究重视不够,以致虽有投入但支持力度不够,难以吸引相关人才,导致材料成为发展瓶颈。目前LED产业仍是以50mm(2吋)或100mm(4吋)的蓝宝石基板为基础,若能利用大直径的硅基板氮化镓(GaN-on-Si)技术,便有可能充分发挥现有硅晶生态系统的完备技术与规模经济效益,达到降低整体LED成本的目标。

若比较现行 150mm(6吋)蓝宝石基板和运用AZZURRO专*GaN- on-Si技术的150mm(6吋)晶圆,可达到超过75%原料的成本节省。虽然GaN-on-Si具显著的成本优势,但由于技术上的难度,因此一直未能在LED业界广泛应用。问题主要是由于硅基板和GaN的热膨胀系数不同,在制程中会因为两种材质间的晶格错位而产生应力,进而形成曲度(bow)和薄膜厚度不均的问题。曲度和薄膜厚度不均不仅会在后段加工时可能产生破裂,同时也会造成同一片晶圆上制作出的LED具不同的峰值波长 (peakwavelength),增加了日后分选(binning)的困扰。

根据AZZURRO于2011年第2季完成的150mm(6吋)GaN- on-Si晶圆来看,已可达到平均厚度6.1μm、标准偏差0.062μm,以及平均峰值波长451.9nm、标准偏差2.1nm的水平。研制设备是LED照明器件发展的另一个基础保障。MOCVD系统是LED外延片、微波功率的异质结构材料生产的必需设备,随着化合物半导体器件市场的不断扩大,MOCVD系统的需求量不断增长,而我国几乎全部依赖进口。

国际上主要的MOCVD设备供应商有德国AIXTRON公司和美国VEECO公司,这两家公司对单台MOCVD设备的报价高达2000万元人民币,即便如此,MOCVD系统这样的关键设备,如果涉及国防科技,即使依靠进口也难以获得最优性能。

LED封装技术的发展,

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