2011年度LED照明行业的后顾与前瞻

2011年度LED照明行业的后顾与前瞻

颜重光

摘 要：纵观LED照明市场风云变幻，分析LED照明关键技术和应用技术的发展、对未来市场前景作分析论述 。
关键词：LED照明灯具 光引擎 HV LEDs模组 单级APFC+CC 垂直整合

路线图出笼 中国淘汰白炽灯倒计时
白炽灯使用了近一百年，它的寿命短、能耗大逐渐被大家认识，荧光灯虽然不错，但它含汞而有害环境。照明灯具正由蜡烛灯、白炽灯、荧光灯，走向节能、省电、高效、环保、长寿命的LED照明灯具。
2011年是LED照明行业高速发展的一年，世界各国政府的大力推动促使其蓬勃发展。当今世界每年需用照明灯具120亿个，也是消耗量最大的电器产品。
近来，荧光粉的离奇大幅涨价，导致荧光灯成本的增加；LED光源的制造技术大踏步发展，促使其成本快速下降，2011年岁末到2012年Q2估计最多降幅达30-50%；日本震后核电问题，使得震后重建市场对LED灯具的需求的快速增长。
目前，各国政府继续加强淘汰白炽灯的力度，例如，欧洲规定2009年年底开始禁用100W白炽灯，2010年年底开始禁用75W白炽灯。2011年8月初，国家发改委颁布《中国逐步淘汰白炽灯路线图》，《路线图》明确，从2012年10月1日起，禁止销售100瓦及以上普通照明用白炽灯；2014年10月1日起，禁止销售60瓦及以上普通照明用白炽灯；2016年10月1日起，禁止销售和进口15瓦及以上普通照明用白炽灯。这无疑又是给予LED照明的一个巨大机会。伴随着LED照明驱动电源恒流控制技术的进步和LED光源价格的不断降低，LED照明进入千家万户的距离又进一步拉近。LED照明作为新一代的照明灯具正在走向全世界，正在被全人类接受。LED照明灯具必将成为一个海量的产品。
钧多立倒闭 行业洗牌开始
2010年10月8日，曾被评为“中国深圳行业(光电子)10强企业”的深圳钧多立实业有限公司董事长毛国钧、其妻崔丽华及其在公司内任职的亲属全部失踪，自此音讯全无，钧多立公司怦然倒下。到十月底，深圳又有80多家LED企业倒闭。LED照明产业这几年如雨后春笋、千军万马，参差不齐爆发，全国多达几千家，MOCVD的盲目引进必然导致生产过剩，其实是极不正常的发展；从今开始洗牌，大浪淘沙，只有出口能力强、技术自主能力强、经济实力强的才能继续为社会作贡献！昔日中国各大省市都有电视机厂，多达百余家，而今全国只剩七八家！就是最好写照。
HV LEDs异军突起 照明市场又一迷局
LED家族的后起之秀高压LEDs（HV LEDs）异军突起，V<sub style="margin:0px;">F[/sub]高电压、I<sub style="margin:0px;">F[/sub]小电流的工作条件完全颠覆了传统的低压LED（LV LED）的V<sub style="margin:0px;">F[/sub]低电压、I<sub style="margin:0px;">F[/sub]大电流的工作要求。LED照明灯具由于采用HV LEDs的SOP而有可能降低发热，灯具结构造型有可能更加趋向节省散热材料、大于270度发光、低成本、减轻重量方向发展。HV LEDs虽有如上优势，是否会在家用照明海量市场胜出？2012年市场可见分晓。
HV LEDs是在芯片生产时在硅片上直接做成的片上系统（SOP），这是LED芯片制造技术上的一个革命性的进步。一个2吋硅晶圆片上，一次可生产上万个LED管芯，但是用通用的技术和工艺来生产，各个LED参数的离散性很大，所以生产之后制造商需要逐个测参数分档，客户只能拿相邻的三档放在一单位（灯）里用，才能保证显示光色的一致性。HV LEDs在生产时使用新一代的工艺和高超加工技术，使同一硅晶圆片上的上万个LED管芯的参数完全一致，使之可以在芯片生产时很方便地就近组成SOC的HV LEDs，如HV45上有16个LED，它们所有的电参数完全一样（图1）。这样的HV LEDs使用方便，成本可控。另有一中COB的HV LED，就是用前述的通用技术生产的、参数离散型较大的LED管芯，经测试数据后将相同的配置在一起，重新组合成一个光源体。由于需要逐个测试、配对、筛选、组合，还有不少参数分散的无法配对组合使用，应当说生产成本会偏高。

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图1 HV LEDs的SOC结构

传统的LV LED用低压恒流源驱动发光的方案；AC LED用AC LED光源兼做整流和发光体的方案，AC LED需有较长余辉；HV LEDs使用高压恒流源驱动HV LEDs发光的方案，这三种LED光源产品及其LED照明灯具产品都将在近三五年内盛行，共争市场繁荣（图2）。世界社会将在分享它们的给人类带来的恩泽。


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图2 三种LED光源工作原理图

LED光珠 降价是必然趋势
LED照明灯具的主要发光器件当然是LED灯珠，一个LED照明灯具，LED灯珠的成本占了一大半，因此居高不下的LED灯珠价格是影响整灯成本的关键，要让LED照明灯具走进老百姓的千家万户，降价是关键。深圳市瑞丰光电子股份有限公司龚伟斌董事长2011年六月在上海论坛会表态，在未来一年内要降价50%，真是造福黎明百姓了。这是十分利好的消息。这是LED灯具继续降价的有力保障。
只有LED灯珠大幅让利降价，驱动电源和散热器的成本下降了，LED整灯的价格才能真正下降到老百姓能接受的水平。

突破技术瓶颈 国产驱动电源芯片显露峥嵘
随着LED照明的大力普及，除了LED灯珠之外，LED照明对驱动电源的芯片的性价比要求越来越高。先期我国的电子产品的核心技术都被国外芯片制造商控制，LED照明是一项新兴的技术，在LED照明恒流驱动芯片方面，我国的集成电路设计界与国外的设计公司几乎同一时间进入这个领域。今天，我国拥有不少优秀的芯片设计工程师，和大批在欧美日芯片公司学成归来、有多年经验的芯片设计师，他们正在创新设计新一代有自已知识产权的芯片。
经过我国芯片设计师的技术创新努力，一批新一代的适用于室内LED照明灯具的单级带功率因数校正的恒流源芯片已经诞生，它将LED恒流驱动电源需要的功能高度集成、功率因素自动补偿、初级侧控制应用十分简洁，需要空间小，应用成本低，完全符合LED照明灯具的需要。
抓住LED照明驱动电源的核心技术，即驱动芯片的设计制造技术，努力促进新一代的芯片开发，是中国集成电路产业的一个新机遇。不少本土芯片设计公司已经堂堂正正高举中华牌，如上海晶丰明源半导体有限公司等；有些公司虽然设计、生产、销售和员工都已中国化了，但还披着外商的华丽外表。公司的成功与否业绩为王。
以上海晶丰明源半导体有限公司为例，它是一家专业设计、生产、销售LED照明驱动电源芯片的公司，不做其他电源芯片。由于对LED照明市场发展趋势需求把握比较准确，2010年开发的BP310X系列的、原边控制的LED驱动芯片，在2011年获得热销，如BP3102的月销售量超过百万颗（KK级），BP3102的应用范例之一如GU10灯具电源（图3）。预计晶丰明源2011年的产值将比2010年增长近六倍，这在2011年不景气的LED产业和集成电路行业中是少有的春天。晶丰明源的LED电源驱动芯片2011年被日本夏普公司指定为无锡夏普生产LED照明灯具的专用芯片，这无疑是中国本土芯片设计公司的崇高殊荣。2011年第四季度又推出BP3309单级带功率因数校正的恒流源芯片，为2012年LED照明市场的需求和技术升级做好充分的准备。
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图3 简洁的BP3102 3X1W GU10方案

2012年LED照明产业新趋势
岁末年初观象，2012年LED照明产业的新趋势呈现很大的变数。

1）LED产业垂直整合趋势明朗化
2011年岁末LED产业的垂直整合的趋势愈加明朗化，LED芯片的制造商、封装厂都不甘心单纯的LED芯片制造和封装，因为他们的利润空间正在不断被压缩。一种新颖的销售模式正在悄然升起，LED芯片制造商和封装厂准备大批生产可直接用于LED灯具生产的各种W数的、已绑定好LED灯珠的成品LED光源板，配套相应的驱动电源板，提供给下游LED灯具厂直接组装灯具，即“LED光源+驱动电源”的配套**销售模式。这种模式使LED照明产业分工更加专业化，LED灯具生产更加简易化。上游LED制造商和封装厂需要配备LED照明的系统电子工程师，需要对自已生产的LED光源应用充分了解，需要对恒流驱动电源的性能充分熟悉，按其所需选择好专用的恒流驱动电源。系统套件的性价比就成为非常重要的了。只有LED制造商或封装厂，以及LED灯具厂都有利可图了，才能实现双赢。
瑞丰光电子股份有限公司等已在先行布局之中。

2）HVLEDs 2012年将快步进入LED照明灯具
2012年HVLEDs有望快步进入LED照明灯具。这几年MOCVD的大批引入，使我国很快具备了LED照明的核“芯”技术，MOCVD的大批开工生产，使国产的LED光源芯片源源不断的流向市场，LCD电视机（TV）的背光、笔记本电脑（NB）的背光、LED照明灯具使用国产的LED光源将快速上升。电子产品的性价比决定市场的容量，价格与市场的关系是价格每降一点，市场将成平方的增长，完全是呈现一个金字塔规律。
高压LED芯片组（HVLEDs）的高电压、小电流，与通用的低压LED（LVLED）的低电压、大电流的工作环境相比，HVLEDs工作时的发热明显降低；HVLEDs只需要线性恒流源就能很好的工作，高压线性恒流源无变压器、无电解电容器，困扰低压LED的驱动电源寿命、电解电容器的寿命问题都迎刃而解了。
HVLEDs的制造商正在配套高压线性恒流源电源，他们将在2012年初向市场推出“HVLEDs+高压线性恒流源”的套件提供给下游LED灯具组装生产LED灯具。
目前，HVLEDs生产成本和售价可能比同样W数的LVLED贵20%，但是随着技术进步和生产量的扩大，成本将进一步下降，而LVLED的下降空间已经不多了。HVLEDs的驱动电源的成本要比LVLED的开关恒流源便宜多了。两项相抵，暂时可能持平，长远而言，HVLEDs的灯具价格将更便宜。也许HVLEDs的灯具将给我们一个性价比很好，而整灯价格比较接近老百姓购买力的好机会，这个市场是海量的。
晶元光电股份有限公司、博恩世通光电股份有限公司等已经在行动之中。

3）光引擎将成为LED照明灯具的标准品零件而规模化生产
目前，LED照明灯具的LED光源和驱动电源的五花八门现状或许会改变，有很大一部分的LED照明灯具，其LED光源和驱动电源会趋向标准化，将采用国际通用的“光引擎”。
ZHAGA联盟旨在发展LED光引擎 (light engine) 介面接口的标准，使不同厂商生产的产品可有互换性。为了配合LED技术持续且高速的发展，藉由定义各种专用光引擎介面接口资料，ZHAGA标准将涵盖物理尺寸，以及LED光引擎的光学、电气与热性能等，进而最终实现ZHAGA联盟内不同制造商之间产品的兼容性、互换性。
ZHAGA标准的建立，将有助於防止不相容光引擎的市场分化，使消费者可以安心选择和购买市场上具有可兼容性的LED照明灯具產品，同时亦能持续享受LED照明技术所提供产品效能的升级。此外，ZHAGA标准的建立也会促进LED照明应用领域技术的创新，并提升社会总体经济效益。ZHAGA联盟是一个开放的组织，会员可共享其IPR智财权，开放照明产业内各公司的加入。该组织成员包括LED光引擎和LED灯具的生产厂商，也包括零部件供应商（例如散热片和光学零部件）。
因此，LED制造商、封装厂，驱动电源厂在2012年都会开发生产各种规格的光引擎。“LED光源+驱动电源”、“HVLEDs+高压线性恒流源”就是类似的雏形，按球泡的空间来做就是A19、E27专用方案，进入光引擎就成了标准化方案。
上海三品照明科技有限公司的蓝光LED光引擎已在量产之中。

4）室内照明灯具电源趋向使用国产APFC+CC的单级芯片
室内照明LED灯具将是真正的海量产品。由于各国对LED照明灯具的技术指标都有了共识，对功利因素的补偿都有了要求，要还社会一个清洁的电网。因此，室内照明LED灯具都会选用应用线路简洁，具有功率因素补偿，原边控制（PSR）的恒流源驱动芯片。国外的芯片厂商很多，但是囿于他们的利润、人工、物流等因素的考量，他们的价格不可能跌至中国LED灯具厂家想要的价格，唯有我国本土芯片公司能满足他们的要求，本土芯片公司的利润、人工、物流都比国外公司来得低。目前本土芯片设计公司生产的LED恒流源驱动芯片在性能上亦可与国际公司媲美，而其价格有很好的竞争力，而且还具有一定的降价空间。
目前市场上能见到的，设计制造APFC+CC的单级芯片比较好的公司有上海晶丰明源半导体有限公司（BPS）正宗中国芯公司，设计、制造、销售均在上海；芯源系统有限公司（MPS）总部在美国加州的圣何塞，设计在杭州、成都，制造、销售在中国；杭州矽力杰半导体技术有限公司（Silergy）总部在美国加州的圣何塞，设计在杭州，制造、销售在中国；美芯晟科技有限公司（MAXIC），设计在北京，制造、销售均在中国。他们的产品BP3309、MP4021、SY5800、MT7930正在进入各室内LED照明灯具的驱动恒流电源的方案中，2012年的使用量每月可能会超过数百万颗（KK），各家能占多少市场份额的博弈也在悄然进行。只有性价比好，技术服务好的公司才能丰收。

5）LED照明灯具进入灯具卖场联销门店不再是梦想
LED照明灯具要进入千家万户，要让老百姓用得起，把它的零售价降至荧光节能灯的水平是必须的。目前LED灯具的价格老百姓很难享用。要达到此目的，唯一的办法就是采用中国“芯”的LED光珠和驱动芯片！今天中国已具备这个能力。因此，2012年，LED照明灯具进入灯具卖场联销门店将不再是梦想。虽然，目前中国LED照明灯具与同功率的荧光节能灯的价格差距太大了，以致中国老百姓无法问津。2012年上半年廉价优质的LED照明灯将面世。
一群立志做普及型LED照明灯具的产业正在研发低成本方案，华南一家企业，正在开发的5W 480lm的LED球泡灯，亮度相当于30W白炽灯，其成本将低于人民币15元，市场直销价有可能是20-25元一盏LED照明灯。如此LED照明球泡灯的售价已与荧光节能灯相差仅20-30%，而寿命却是荧光节能灯的十多倍。应当是十分划算和节能的了。应当说是家家户户都能买得起的灯了。藉此，LED照明灯具可以轻松登堂入室，进入灯具卖场的联销门店和各大超市，及至食品百货零售店。