代表着LED家居照明技术顶峰的LED灯泡

发布时间:2011-12-11 13:12    发布者:1046235000
关键词: LED , LED产业 , LED照明
与那些动辄一年甚至半年就更新一代的消费电子产品相比,灯泡实在太寂寞了。距离爱迪生发明第一只钨丝电灯泡已经过去了整整132年,但照明技术的革命性变化却屈指可数,更别提颠覆性的突破了。  现在,曙光初现。
  在2012年底以前,如果一切顺利,你可能会在市场上看到一款造型奇特的灯泡:总共有4个发光的腔体,腔体与腔体之间还有四个裂缝用于散热,中部是散热器,尾部则安装着复杂的电子控制系统,用以调节光线的强弱。这款名为L Prize的灯泡来自飞利浦公司,它极有可能代表着新一代照明技术的未来。
  L Prize使用的技术是LED(发光二极管),但这绝不是它成为新一代照明代言人的原因。以“半导体晶片+荧光粉”为核心的LED照明最早出现于1962年的GE公司,它最早应用于收音机、小型计算机和电子手表上,被搬到照明领域只是最近几年的事。
  L Prize之所以被特别提及,是因为它达到了LED家居照明技术的顶峰:它既能达到白炽灯的照明效果,又能大幅提高能源使用效率。它的能效(电力转化的效率)是白炽灯的10倍、是荧光灯的1.6倍,同时还有着白炽灯一样的完美色温。如果把这些拗口的术语拼凑成一张图片,那么应该是这样一个场景:你站在一种令人感到舒适愉悦的暖白色灯光下,而此时为你拍的每一张照片上的每一种颜色都可以准确还原。
  做到这一切并不是一件轻易的事。在接受采访时,曾参与研发的飞利浦照明LED照明全球事业部项目管理部总监刘烨说,最初他们认为那些技术标准简直就是“变态”。
  飞利浦最早于2008年6月起,开始召集美国的LED晶片和电子控制专家、欧洲的荧光粉专家、上海的生产专家等100多人的全球团队,分前期概念、产品设计和商业计划三个阶段,投入到L Prize的研发之中。这一动作是对美国国家能源部一项法案的响应。后者在这一年做出决定,给率先研发出能替代60瓦白炽灯灯泡的LED灯泡公司以1000万美元的奖励,并将其写入了美国《2007能源独立和安全法案》,其前提是产品满足前面提到的那些严苛指标。
  相对于LED照明需要的研发投入,1000万美元简直就是杯水车薪。不过飞利浦公司也意识到,如果产品能够研发成功,那么将带来可观的政府采购合同和市场主导能力。
  这并不是人类第一次试图为白炽灯寻找替代品。尽管白炽灯的光源很完美,但它的能源转化率过于低下,只有10lm/W,白炽灯把90%的能源都浪费在了发热上。

 在LED之前,荧光灯(即节能灯)曾经被寄予厚望,它的能源转换效率平均能达到50-60lm/W。但荧光灯的一大特点是光色越冷能源转化效率越高,并且直管状是最理想的产品外观。这些特征在很多欧美家庭看来都是不可接受的,没有多少人愿意在自己家的天花板上装上一根直直的、发着冷白色光芒的灯管;在中国,情况也大体相当,很多家庭为了避免光色过冷,会将荧光灯管装在白炽灯的灯带里。
  色温是L Prize研发过程中需要解决的一大问题。此前的LED照明技术存在一个与荧光灯同样的问题,那就是灯光越暖,LED灯使用的红色荧光粉就越多,效率也会大打折扣。此外,美国能源部的标准中规定的灯泡使用寿命必须大于2.5万小时,几乎是现有LED灯泡平均寿命的25倍。
  为了解决色温问题,L Prize研发团队在通常的蓝光LED晶片旁加入红色LED晶片,比利用红色荧光粉达到暖色效率要高得多。另外,传统的荧光粉由于直接贴在晶片上,久而久之容易发热,对光线的损耗也非常大。为了达到大于90lm/W的严苛标准,飞利浦开发出了一种名为“Remote Phosphor”的荧光粉混腔,荧光粉不再直接贴着晶片表面,而是留有一定距离,让各种光可以在腔体内部充分混合,大大提高了效率。
  让刘烨他们觉得最棘手的是,美国能源部的标准规定LED灯必须像钨丝灯一样,灯光能向四周散射,达到全方位分布(light all around)。“这是钨丝灯与生俱来的优势,它天生如此。但LED不行。”他说。
  钨丝灯的灯泡构造极其简单,内部除了发光的钨丝之外,四周几乎都是透明的玻璃,只有底部的接口会挡住光线的散射。而传统的LED灯多半设计成半球体,底部放置着LED晶片和散热器,光线只能180度散射。
  散热器也是另一个问题,研发团队想过用液体甚至风扇,最终还是决定用最传统的机械器件,因为那样最节约成本。在不断尝试下,L Prize的最终形态才得以出现。
  飞利浦在规定期限内提交了2000个样品,开始了漫长的评估:每一只灯泡都必须经历6000小时的测试,观察在各种环境下的表现,这种对可靠性的评估也是关系到LED灯泡性能的另一个关键。
  历经曲折研发成功的L Prize满足了美国能源部的种种苛刻要求,现在摆在它面前的还有最后一道槛:走向家居照明市场,将荧光灯挤下货架。
  价格目前仍然是阻碍LED灯泡大举进入家居照明市场的最主要因素。根据调查,截至2011年10月,取代传统60瓦白炽灯泡的LED灯泡平均零售价为38.6美元。而如果平均价格不降到19.9美元以下,LED灯泡就几乎不具备大规模替代白炽灯的能力。因此,目前LED照明大都应用在商用领域,比如酒店、餐厅、电视塔和KTV等等。尽管前期投入大,但LED灯泡的高能效、长寿命能让商家在几年之内就收回成本。
  但家居市场却完全遵循“价格为王”的游戏规则。刘烨认为,无论哪个国家,10块钱是一个坎,只要低于10块钱,大部分人就都能接受。他估计L Prize灯泡的价格目前至少是“小王子”的两倍,就算推出也没有市场。
  “小王子”是飞利浦从2010年开始推出的一款L Prize灯泡的“廉价版”,它们看上去几乎一模一样,但前者各项指标都比L Prize低10%。在中国售价为250元-300元人民币,在欧洲市场则卖得更贵。而一只60W白炽灯灯泡的价格只要1美元甚至不到1美元。
  不过就像之前任何一个半导体产业的发展路径一样,LED灯泡的降价指日可待。Roland Haitz早在1999年就预言了这一点。他加入惠普照明实验室之后和同事们共同发布了一份宣言:LED晶片的亮度约每18-24个月可提升一倍,而往后10年内,可以再提升20倍,成本则降到现有的1/10。这一宣言后来被称为Haitz定律,同摩尔定律齐名。
  飞利浦预计在明年年底可以实现L Prize灯泡的量产,因为到时技术更加成熟,各方面的成本都会下降,而且这也将是整个LED照明市场竞赛的开始。
  在一段很长的时间,荧光灯会和LED灯在家居照明市场上同场竞技,但荧光灯的技术在各方面都已达到顶峰,很难继续突破。除了保持较高的能效转换而导致光色过冷以外,荧光灯更致命的弱点是必须使用汞。这样一来,那些废弃的灯泡对环境存在极大隐患,各地政府不得不建立起一整套回收机制。
  有一点可以确定,那就是效率低下的钨丝灯已经注定退场。欧盟早在2009年起就下达禁令,淘汰100瓦以上的传统灯泡,之后是75瓦、60瓦,到2012年,白炽灯泡将在欧盟国家迎来“世界末日”;美国的日程表比欧盟推迟3年;而在中国,根据国家发改委近日公布的白炽灯淘汰路线图,白炽灯将在2016年10月1日被全面淘汰。
  在欧美,已经有人赶在禁令出来之前到超市大量购买白炽灯灯泡,还有不少家居设计师抗议政府的禁售政策。人类学家的研究发现,爱迪生的灯泡之所以成功,是因为它从本质上来说是另一种形式的火焰,而废除白炽灯就好比是要将人类历史上这第一种光明来源弃之不用一样。刘烨也经常和他的同事们感叹,无论数据指标如何接近,任何灯泡其实都无法做到钨丝灯那样光和热的完美结合。这或许就是追求效率的代价。
  不过,同荧光灯相比,年轻的LED产业能够承载更多未来的可能性。两年前,LED灯泡的性能还处于白炽灯和荧光灯之间,如今已经超越了荧光灯,之后还可能会有更新的技术出现。
  通过LED开启的大门,人类即将进入新的照明时代。


“三足鼎立”局面正被瓦解 LED照明脱颖而出

      纵观国内、国际照明市场,白炽灯、节能灯、和近年来发展形势迅猛的LED照明灯呈现 '三足鼎立'的局面,似乎已持续了一段时间。而随着11月4日国家发改委、商务部、海关总署、国家工商总局、国家质检总局联合印发《关于逐步禁止进口和销售普通照明白炽灯的公告》,明确表示从2012年10月1日起我国将逐步禁止进口和销售普通照明白炽灯,业内人士普遍认为,由此为分水岭,LED灯企将迎来高速发展的新时代。
  五年后,白炽灯基本全面被淘汰,未来照明市场的真正'霸主'是LED照明。
   白炽灯难逃脱黯然'退场'的宿命,而节能灯所含金属汞对环境的污染则是其始终无法破解的难题,这一属性也决定了它只是一个过渡产品。'山西省机械电子行业管理办公室行业管理部部长周继祥告诉记者,山西省近20家LED企业中有五、六家在国内同行中已具备相当实力,随着白炽灯淘汰路线图的确定,我省LED照明生产企业的发展前景会变得越来越好。
  市场优化:'三足鼎立'局面正被瓦解
  记者在省城并州路一家灯具店内采访时,刚好碰到一位男子正在向店主询问:'有40瓦的灯泡吗?'店主答:'白炽灯早不卖了,那个耗电也不耐用,现在都只卖节能灯和LED灯。'
  在茂盛装饰城,记者连续走访了几家灯具店都没看到白炽灯的身影。针对记者的疑问,一位店主指着店内不起眼的一角说,一部分灯具店的白炽灯还在卖,但仅限于25-40瓦的,因其单只售价1-2元的价格优势,这种灯泡目前还吸引着一定量的消费群。
  对于如今灯市的变化,在太原做了16年电灯生意的黄开华深有感触:'从前几年开始,购买照明产品时更倾向于选择节能环保产品的消费者就一直在增加。明年起,白炽灯将分阶段禁售,市场主角必定会由LED灯和节能灯来'扮演'了,这其中,LED灯的实力和远景更胜一筹。'
  当前,LED在全国的处境是相关标准缺失、产品同质化、订单不稳定等情况。现在来看,2012年将成为国内照明行业一个重要的分水岭,预计明年LED行业会在洗牌过程中变得更标准、更规范。'山西光宇半导体照明有限公司董事长许福贵在接受记者电话采访时表示。
  产品细分:LED'照亮'各类消费群体
  LED照明产品好但推广难,这已形成业内的共识。
  LED灯的推广难就难在价格高。'山西协盛光电科技有限责任公司总工牛慧平一语中的,'同样打出'节能环保'牌,节能灯每1瓦的价格大约1元钱,而LED灯每1瓦的价格在10元-15元之间,室外路灯价格更高达每瓦20元左右,尽管LED更省电亮度更高,但这种差价之大就造成了消费者短时间内难以接受的局面。'
  牛慧平说,LED照明产品研发时的高投入、生产时所用原料的高成本,都造成了产品的高价位,因此无法在老百姓最看重的价格优势上寻得 '突破','这种情况下,政府补贴的重要作用就显现出来了,如今我们把大型工厂、城市隧道等高端客户拟定为公司产品的服务对象,产品的被认可度也在逐年提高。'
  去年刚毕业于中北大学的宫尚国,毕业后不久就和同学创办了太原上唯照明科技有限公司,主动投身进照明市场中去。
  我们的产品定位是做中低端的LED照明产品,目前看来经营情况还不错。'宫尚国告诉记者,他们的公司正式运营不到一年,就已经拥有了太原下元商贸城、八方商贸城等大客户。今年,位于省城千峰南路的八方商贸城进行室内照明重新改造,近800个LED灯就都是由上唯公司承接安装的。
  1个3瓦的LED灯,1000个小时耗电才3度,以商场一天照明10个小时来算,3个月下来每个灯大约才用3度电,这种效果不是节能灯可以比拟的。'宫尚国说,更省电、亮度高、再加上合理的价位,是他们中低端LED产品打动客户的综合原因。
  政府补贴:产品销路越'走'越宽广
  与南方LED企业盲目扩张如今走入'寒冬'不同,我省LED照明企业成长节奏可用'有条不紊'来形容。'周继祥告诉记者,目前粗略估算,全省LED生产企业在20家以内,其中山西光宇半导体照明有限公司、山西协盛光电科技有限责任公司、山西乐百利特科技有限责任公司等在国内同行业中具有相当的实力与发言权,能为其他企业起到'带头'、'领路'的作用。'温室环境'的作用下,预计近段时间内我省还会增添一两个LED行业的'新面孔'。
  相关产品若中标城市道路、高速公路隧道、省级重点工程等市政公用工程,按照中标产品价格的30%进行补贴,循环经济试点园区和企业、宾馆商场及其他照明应用示范工程,按照中标产品价格的10%进行补贴。'周继祥对一些补贴政策给记者做了简单说明。
  记者了解到,2008年开始,我省就在宾馆商厦、城市道路照明中开展了LED推广试点,共推广大功率LED路灯1.7万盏,筒灯及球泡灯等30万支,实现节电量折合标准煤2.7万吨。'从推广情况和实际应用效果看,LED产品虽然成本价格高,但经政府补贴后,各类用户购买LED灯的积极性很高,实际节电效果十分显著。'省发改委资环处一位负责人表示。
  去年7月,国家正式批复我省为全国唯一半导体照明(LED)试点省,全省LED照明产品推广范围进一步扩大。而到2015年,我省要通过各类政府补贴、推广各类LED照明产品500万盏以上,大型办公场所照明、工矿企业照明、商业场所照明、居民照明、市政照明五大领域都将成为LED照明产品的重要推广对象,我省LED企业发展前景更加可期。
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