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，GfK Marketing Services Japan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-Eleven Japan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LED价格的降低。此前，白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LED的2005年为10日元/lm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）。

图1：史上最便宜的光源近在眼前
截至2011年5月，白LED的亮度单价平均约为0.7日元/lm（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/lm。（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——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/lm，降到与白炽灯泡相同的水平注1）。

注1）即使白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LED，需要AC-DC转换电路和散热部件等。目前，白LED芯片占LED灯泡制造成本的约40％。

不过，提高白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200lm/W的白LED将于2012～2013年面世。在实际使用条件下达到200lm/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（饮料瓶提手25℃）。实际用于照明器具时，接合温度上升至85～100℃，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LED的目录值降低20～30％。

图2：达到200lm/W
白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Department of Energy（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高效率的光源，价格与白炽灯泡相当，而效率将超过此前最高的高压钠灯。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LED的形状及输入功率不同，但收纳在封装内的蓝LED芯片的生产工艺大致相同。提高背照灯用白LED生产效率的手段，基本可以直接用于照明领域。智能巡检终端

这一趋势今后将持续2～3年，之后，用于照明器具的白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）。

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iSuppli Japan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。

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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件——白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。各公司纷纷计划2011年上市这种面板（表1）。预计2014年效率超过荧光灯、仅次于白LED的有机EL照明可实现实用化，届时有机EL照明和白LED可各显神通。

日亚计划2012年年产500亿个

对于白LED用户而言，“玫瑰”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（Seoul Semiconductor）“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（OSRAM Opto Semiconductors）“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。

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300μm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iSuppli Japan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LED芯片的主要制造装置——用于形成GaN系半导体层的MOCVD装置的产能。据iSuppli Japan估算，2012年中国厂商的生产能力将占世界整体的40％（图5（b））。

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。

同时提高性能

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）。

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，还必须改进调和均匀性等白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LED泥浆固液分离使用经验的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厂商光纤调整架LED直接生产照明器具，存在与其客户——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。