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作者：顏重光 路線圖出籠 中國淘汰白熾燈倒計時 白熾燈使用了近一百年，它的壽命短、能耗大逐漸被大家認識，熒光燈雖然不錯，但它含汞而有害環境。照明燈具正由蠟燭燈、白熾燈、熒光燈，走向節能、省電、高效、環保、長壽命的LED照明燈具。 2011年是LED照明行業高速發展的一年，世界各國政府的大力推動促使其蓬勃發展。當今世界每年需用照明燈具120億個，也是消耗量最大的電器產品。 近來，熒光粉的離奇大幅漲價，導致熒光燈成本的增加；LED光源的制造技術大踏步發展，促使其成本快速下降，2011年歲末到2012年Q2估計最多降幅達30-50%；日本震后核電問題，使得震后重建市場對LED燈具的需求的快速增長。 目前，各國政府繼續加強淘汰白熾燈的力度，例如，歐洲規定2009年年底開始禁用100W白熾燈，2010年年底開始禁用75W白熾燈。2011年8月初，國家發改委頒布《中國逐步淘汰白熾燈路線圖》，《路線圖》明確，從2012年10月1日起，禁止銷售100瓦及以上普通照明用白熾燈；2014年10月1日起，禁止銷售60瓦及以上普通照明用白熾燈；2016年10月1日起，禁止銷售和進口15瓦及以上普通照明用白熾燈。這無疑又是給予LED照明的一個巨大機會。伴隨著LED照明驅動電源恒流控制技術的進步和LED光源價格的不斷降低，LED照明進入千家萬戶的距離又進一步拉近。LED照明作為新一代的照明燈具正在走向全世界，正在被全人類接受。LED照明燈具必將成為一個海量的產品。 鈞多立倒閉 行業洗牌開始 2010年10月8日，曾被評為“中國深圳行業(光電子)10強企業”的深圳鈞多立實業有限公司董事長毛國鈞、其妻崔麗華及其在公司內任職的親屬全部失蹤，自此音訊全無，鈞多立公司怦然倒下。到十月底，深圳又有80多家LED企業倒閉。LED照明產業這幾年如雨后春筍、千軍萬馬，參差不齊爆發，全國多達幾千家，MOCVD的盲目引進必然導致生產過剩，其實是極不正常的發展；從今開始洗牌，大浪淘沙，只有出口能力強、技術自主能力強、經濟實力強的才能繼續為社會作貢獻！昔日中國各大省市都有電視機廠，多達百余家，而今全國只剩七八家！就是最好寫照。 HV LEDs異軍突起 照明市場又一迷局 LED家族的后起之秀高壓LEDs(HV LEDs)異軍突起，VF高電壓、IF小電流的工作條件完全顛覆了傳統的低壓LED(LV LED)的VF低電壓、IF大電流的工作要求。LED照明燈具由于采用HV LEDs的SOP而有可能降低發熱，燈具結構造型有可能更加趨向節省散熱材料、大于270度發光、低成本、減輕重量方向發展。HV LEDs雖有如上優勢，是否會在家用照明海量市場勝出？2012年市場可見分曉。 HV LEDs是在芯片生產時在硅片上直接做成的片上系統(SOP)，這是LED芯片制造技術上的一個革命性的進步。一個2吋硅晶圓片上，一次可生產上萬個LED管芯，但是用通用的技術和工藝來生產，各個LED參數的離散性很大，所以生產之后制造商需要逐個測參數分檔，客戶只能拿相鄰的三檔放在一單位(燈)里用，才能保證顯示光色的一致性。HV LEDs在生產時使用新一代的工藝和高超加工技術，使同一硅晶圓片上的上萬個LED管芯的參數完全一致，使之可以在芯片生產時很方便地就近組成SOC的HV LEDs，如HV45上有16個LED，它們所有的電參數完全一樣(圖1)。這樣的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術生產的、參數離散型較大的LED管芯，經測試數據后將相同的配置在一起，重新組合成一個光源體。由于需要逐個測試、配對、篩選、組合，還有不少參數分散的無法配對組合使用，應當說生產成本會偏高。 
圖1.HV LEDs的SOC結構 傳統的LV LED用低壓恒流源驅動發光的方案；AC LED用AC LED光源兼做整流和發光體的方案，AC LED需有較長余輝；HV LEDs使用高壓恒流源驅動HV LEDs發光的方案，這三種LED光源產品及其LED照明燈具產品都將在近三五年內盛行，共爭市場繁榮(圖2)。世界社會將在分享它們的給人類帶來的恩澤。
圖2.三種LED光源工作原理圖 LED光珠 降價是必然趨勢 LED照明燈具的主要發光器件當然是LED燈珠，一個LED照明燈具，LED燈珠的成本占了一大半，因此居高不下的LED燈珠價格是影響整燈成本的關鍵，要讓LED照明燈具走進老百姓的千家萬戶，降價是關鍵。深圳市瑞豐光電子股份有限公司龔偉斌董事長2011年六月在上海論壇會表態，在未來一年內要降價50%，真是造福黎明百姓了。這是十分利好的消息。這是LED燈具繼續降價的有力保障。 只有LED燈珠大幅讓利降價，驅動電源和散熱器的成本下降了，LED整燈的價格才能真正下降到老百姓能接受的水平。 突破技術瓶頸 國產驅動電源芯片顯露崢嶸 隨著LED照明的大力普及，除了LED燈珠之外，LED照明對驅動電源的芯片的性價比要求越來越高。先期我國的電子產品的核心技術都被國外芯片制造商控制，LED照明是一項新興的技術，在LED照明恒流驅動芯片方面，我國的集成電路設計界與國外的設計公司幾乎同一時間進入這個領域。今天，我國擁有不少優秀的芯片設計工程師，和大批在歐美日芯片公司學成歸來、有多年經驗的芯片設計師，他們正在創新設計新一代有自已知識產權的芯片。 經過我國芯片設計師的技術創新努力，一批新一代的適用于室內LED照明燈具的單級帶功率因數校正的恒流源芯片已經誕生，它將LED恒流驅動電源需要的功能高度集成、功率因素自動補償、初級側控制應用十分簡潔，需要空間小，應用成本低，完全符合LED照明燈具的需要。 抓住LED照明驅動電源的核心技術，即驅動芯片的設計制造技術，努力促進新一代的芯片開發，是中國集成電路產業的一個新機遇。不少本土芯片設計公司已經堂堂正正高舉中華牌，如上海晶豐明源半導體有限公司等；有些公司雖然設計、生產、銷售和員工都已中國化了，但還披著外商的華麗外表。公司的成功與否業績為王。 以上海晶豐明源半導體有限公司為例，它是一家專業設計、生產、銷售LED照明驅動電源芯片的公司，不做其他電源芯片。由于對LED照明市場發展趨勢需求把握比較準確，2010年開發的BP310X系列的、原邊控制的LED驅動芯片，在2011年獲得熱銷，如BP3102的月銷售量超過百萬顆(KK級)，BP3102的應用范例之一如GU10燈具電源(圖3)。預計晶豐明源2011年的產值將比2010年增長近六倍，這在2011年不景氣的LED產業和集成電路行業中是少有的春天。晶豐明源的LED電源驅動芯片2011年被日本夏普公司指定為無錫夏普生產LED照明燈具的專用芯片，這無疑是中國本土芯片設計公司的崇高殊榮。2011年第四季度又推出BP3309單級帶功率因數校正的恒流源芯片，為2012年LED照明市場的需求和技術升級做好充分的準備。
圖3.簡潔的BP3102 3X1W GU10方案 2012年LED照明產業新趨勢 歲末年初觀象，2012年LED照明產業的新趨勢呈現很大的變數。 1)LED產業垂直整合趨勢明朗化 2011年歲末LED產業的垂直整合的趨勢愈加明朗化，LED芯片的制造商、封裝廠都不甘心單純的LED芯片制造和封裝，因為他們的利潤空間正在不斷被壓縮。一種新穎的銷售模式正在悄然升起，LED芯片制造商和封裝廠準備大批生產可直接用于LED燈具生產的各種W數的、已綁定好LED燈珠的成品LED光源板，配套相應的驅動電源板，提供給下游LED燈具廠直接組裝燈具，即“LED光源+驅動電源”的配套捆綁銷售模式。這種模式使LED照明產業分工更加專業化，LED燈具生產更加簡易化。上游LED制造商和封裝廠需要配備LED照明的系統電子工程師，需要對自已生產的LED光源應用充分了解，需要對恒流驅動電源的性能充分熟悉，按其所需選擇好專用的恒流驅動電源。系統套件的性價比就成為非常重要的了。只有LED制造商或封裝廠，以及LED燈具廠都有利可圖了，才能實現雙贏。 瑞豐光電子股份有限公司等已在先行布局之中。 2)HVLEDs 2012年將快步進入LED照明燈具 2012年HVLEDs有望快步進入LED照明燈具。這幾年MOCVD的大批引入，使我國很快具備了LED照明的核“芯”技術，MOCVD的大批開工生產，使國產的LED光源芯片源源不斷的流向市場，LCD電視機(TV)的背光、筆記本電腦(NB)的背光、LED照明燈具使用國產的LED光源將快速上升。電子產品的性價比決定市場的容量，價格與市場的關系是價格每降一點，市場將成平方的增長，完全是呈現一個金字塔規律。 高壓LED芯片組(HVLEDs)的高電壓、小電流，與通用的低壓LED(LVLED)的低電壓、大電流的工作環境相比，HVLEDs工作時的發熱明顯降低；HVLEDs只需要線性恒流源就能很好的工作，高壓線性恒流源無變壓器、無電解電容器，困擾低壓LED的驅動電源壽命、電解電容器的壽命問題都迎刃而解了。 HVLEDs的制造商正在配套高壓線性恒流源電源，他們將在2012年初向市場推出“HVLEDs+高壓線性恒流源”的套件提供給下游LED燈具組裝生產LED燈具。 目前，HVLEDs生產成本和售價可能比同樣W數的LVLED貴20%，但是隨著技術進步和生產量的擴大，成本將進一步下降，而LVLED的下降空間已經不多了。HVLEDs的驅動電源的成本要比LVLED的開關恒流源便宜多了。兩項相抵，暫時可能持平，長遠而言，HVLEDs的燈具價格將更便宜。也許HVLEDs的燈具將給我們一個性價比很好，而整燈價格比較接近老百姓購買力的好機會，這個市場是海量的。 晶元光電股份有限公司、博恩世通光電股份有限公司等已經在行動之中。 3)光引擎將成為LED照明燈具的標準品零件而規模化生產 目前，LED照明燈具的LED光源和驅動電源的五花八門現狀或許會改變，有很大一部分的LED照明燈具，其LED光源和驅動電源會趨向標準化，將采用國際通用的“光引擎”。 ZHAGA聯盟旨在發展LED光引擎 (light engine) 介面接口的標準，使不同廠商生產的產品可有互換性。為了配合LED技術持續且高速的發展，藉由定義各種專用光引擎介面接口資料，ZHAGA標準將涵蓋物理尺寸，以及LED光引擎的光學、電氣與熱性能等，進而最終實現ZHAGA聯盟內不同制造商之間產品的兼容性、互換性。 ZHAGA標準的建立，將有助於防止不相容光引擎的市場分化，使消費者可以安心選擇和購買市場上具有可兼容性的LED照明燈具產品，同時亦能持續享受LED照明技術所提供產品效能的升級。此外，ZHAGA標準的建立也會促進LED照明應用領域技術的創新，并提升社會總體經濟效益。 ZHAGA聯盟是一個開放的組織，會員可共享其IPR智財權，開放照明產業內各公司的加入。該組織成員包括LED光引擎和LED燈具的生產廠商，也包括零部件供應商(例如散熱片和光學零部件)。 因此，LED制造商、封裝廠，驅動電源廠在2012年都會開發生產各種規格的光引擎。“LED光源+驅動電源”、“HVLEDs+高壓線性恒流源”就是類似的雛形，按球泡的空間來做就是A19、E27專用方案，進入光引擎就成了標準化方案。 上海三品照明科技有限公司的藍光LED光引擎已在量產之中。 4)室內照明燈具電源趨向使用國產APFC+CC的單級芯片 室內照明LED燈具將是真正的海量產品。由于各國對LED照明燈具的技術指標都有了共識，對功利因素的補償都有了要求，要還社會一個清潔的電網。因此，室內照明LED燈具都會選用應用線路簡潔，具有功率因素補償，原邊控制(PSR)的恒流源驅動芯片。國外的芯片廠商很多，但是囿于他們的利潤、人工、物流等因素的考量，他們的價格不可能跌至中國LED燈具廠家想要的價格，唯有我國本土芯片公司能滿足他們的要求，本土芯片公司的利潤、人工、物流都比國外公司來得低。目前本土芯片設計公司生產的LED恒流源驅動芯片在性能上亦可與國際公司媲美，而其價格有很好的競爭力，而且還具有一定的降價空間。 目前市場上能見到的，設計制造APFC+CC的單級芯片比較好的公司有上海晶豐明源半導體有限公司(BPS)正宗中國芯公司，設計、制造、銷售均在上海；芯源系統有限公司(MPS)總部在美國加州的圣何塞，設計在杭州、成都，制造、銷售在中國；杭州矽力杰半導體技術有限公司(Silergy)總部在美國加州的圣何塞，設計在杭州，制造、銷售在中國；美芯晟科技有限公司(MAXIC)，設計在北京，制造、銷售均在中國。他們的產品BP3309、MP4021、SY5800、MT7930正在進入各室內LED照明燈具的驅動恒流電源的方案中，2012年的使用量每月可能會超過數百萬顆(KK)，各家能占多少市場份額的博弈也在悄然進行。只有性價比好，技術服務好的公司才能豐收。 5)LED照明燈具進入燈具賣場聯銷門店不再是夢想 LED照明燈具要進入千家萬戶，要讓老百姓用得起，把它的零售價降至熒光節能燈的水平是必須的。目前LED燈具的價格老百姓很難享用。要達到此目的，唯一的辦法就是采用中國“芯”的LED光珠和驅動芯片！今天中國已具備這個能力。因此，2012年，LED照明燈具進入燈具賣場聯銷門店將不再是夢想。雖然，目前中國LED照明燈具與同功率的熒光節能燈的價格差距太大了，以致中國老百姓無法問津。2012年上半年廉價優質的LED照明燈將面世。 一群立志做普及型LED照明燈具的產業正在研發低成本方案，華南一家企業，正在開發的5W 480lm的LED球泡燈，亮度相當于30W白熾燈，其成本將低于人民幣15元，市場直銷價有可能是20-25元一盞LED照明燈。如此LED照明球泡燈的售價已與熒光節能燈相差僅20-30%，而壽命卻是熒光節能燈的十多倍。應當是十分劃算和節能的了。應當說是家家戶戶都能買得起的燈了。藉此，LED照明燈具可以輕松登堂入室，進入燈具賣場的聯銷門店和各大超市，及至食品百貨零售店。 作者：顏重光，退休高工，北京大學上海微電子研究院兼職研究員 聯系方式：13701600663 alecyan@sh163.net |
