一、背景
按照业界比较乐观的估计,在未来3至5年内,LED将大举进入通用照明。一方面,各个LED芯片公司都在扩产,另一方面,其他资金也大量进入LED芯片产业,因此,使得设备交货周期加长,原材料(包括蓝宝石)供应短缺。为了解决蓝宝石衬底的供应问题,除了蓝宝石厂本身扩产外,2010年7月,晶电投资蓝宝石生产厂家兆远和兆晶;2010年9月,协鑫集团与阜宁县共同投资30亿元兴建蓝宝石生产公司。2010年10月,长春利泰投资公司拟出资13.5亿元,在金州新区投资LED蓝宝石项目。
LED进入通用照明的主要瓶颈之一在于,LED芯片的价格成本太高。
为了降低LED芯片的价格,除了降低LED芯片的生产成本之外(包括蓝宝石衬底的价格),最快、最有效的方法是采用大电流密度驱动LED芯片,使得一个芯片发出的光相当于几个传统的LED芯片发出的光。为了更直观的理解这一方法,引入两种芯片产能的定义:
(A)“芯片产能”;
(B)“lm产能”,即,采用lm数量来计算芯片厂的产能,因为照明灯具的要求是采用lm(或lux)数来计算,而不是灯具所使用的芯片的数量来计算,这有些像发电厂的产能是按发电量计算的一样。
例如,一个芯片厂的“芯片产能”是:月产100 kk的45mil芯片。
如果每个芯片封装后在350mA驱动下发出100 lm的光,可以说该厂的“lm产能”是10 kkk lm。但是,如果每个芯片封装后在1A电流驱动下发出300 lm的光,可以说该厂的“lm产能”是30 kkk lm。然而,按照350mA驱动的100 lm的LED芯片,为了达到30 kkk lm的“lm产能”,则需要的“芯片产能”是月产300 kk的350mA驱动的45mil芯片。
对于上面的例子,这相当于:
(A)大电流驱动的芯片的每lm光通量的芯片生产成本减低到原来的1/3;
(B)芯片厂家的“lm产能”提高了3倍,但是,芯片厂家的“芯片产能”没有增加,因而,没有增加数额巨大的设备投资,节省了扩产月产200 kk 的“芯片产能”的巨额投资;
(C)也节省了月产200 kk的350mA驱动的芯片的外延生长和芯片工艺的原材料费用。
如果能采用更大的电流(例如,数安培的电流)驱动,则优势更大。
虽然至今已有多家芯片公司推出大电流密度驱动的LED芯片,但是,目前大电流驱动芯片并没有被广泛采用。在灯具中采用大电流驱动芯片的主要瓶颈之一在于,下游厂家的封装和灯具的散热性能达不到要求,造成结温太高,寿命减小,芯片极易烧坏。然而,随着封装和灯具的散热效率的提高,大电流密度驱动将成为照明市场的主力。
LED进入通用照明的其他瓶颈在于,由于传统的LED芯片采用低电压直流电驱动,LED灯具的驱动器的价格进一步推高LED灯具的价格。降低LED灯具的价格,也包括降低LED灯具的电源的整流部分和变压部分的成本。
目前,降低LED芯片和灯具的价格的产品和技术方案包括:
(1)大电流密度驱动的直流LED芯片,其优势是,极大的降低LED灯具的芯片成本;
(2)交流高电压LED芯片,其优势是,降低LED灯具的整流和变压功能的成本;
(3)直流高电压LED芯片,其优势是,降低LED灯具的变压功能的成本。
(4)大电流密度驱动的直流高电压LED芯片,其优势是,降低LED芯片的成本,降低LED灯具的变压功能的成本。
(5)大电流密度驱动的交流高电压LED芯片:其优势是:降低LED芯片的成本,降低LED灯具的整流和变压功能的成本。
同时,LED芯片的结构在不断地改进,目标是进一步降低LED芯片和灯具的价格,使得LED更快的进入通用照明。
[1] [2] [3] [4] [5]