LED灯具的发展现状与趋势

LED灯具的发展现状与趋势

古念松，梁建冬，程彦刚，黄瑞彬，高增军

摘要：本文总结了LED灯具行业近年来的发展现状与趋势。分析了LED灯具的成本构成，比较了目前LED灯具各关键组成部件常用的设计、选材及工艺方案。针对不同市场从户外、户内与家居照明三个不同的角度来具体论述LED照明产品的应用趋势和开发原则。

关键词：LED灯具，照明方案

Keyword: LED Luminaires, Lighting Solutions

1 LED灯具行业的当前概况与发展趋势

LED照明无疑是LED最重要、最具发展前景的应用领域。当前，宏观经济与政策环境对于LED照明产业的发展极为有利，但是机遇与挑战并存。

1.1 LED灯具行业的概况

首先，节能减排的推进给LED照明行业带来了前所未有的发展机遇。国务院将2014年的GDP增长目标定为7.5%，单位GDP能耗目标为下降3.9%以上。根据2013年我国电力消耗的统计数据，照明能源消耗占电力消耗的19%。大力推广LED照明在各个领域的应用能够促进节能减排目标的达成。

其次，源于LED固有特点，LED与传统光源相比具有许多优势: LED发光效率高，节能环保；LED光源的小体积与发光的方向性有助于高效的灯具配光设计；光源寿命长，可靠性高，可适用于各种严酷的照明环境；颜色选择丰富，亮度能够自由调节，造型可塑性强的特点，在替代传统照明需求的基础上，同时提供了发挥创意的设计空间，满足个性化及智能控制的照明需求。

LED照明的灯具的成本不断降低，市场障碍逐步减少。产品成本的降低促进了LED照明应用的普及，LED灯具的市场正由公共照明、商业照明领域走进通用照明。

LED灯具行业门槛较低，吸引了大量投资涌入，产品价格竞争激烈。

1.2 LED灯具行业的发展的趋势

从技术上看，LED光源的发光效率在过去和将来的数年内以每年约7%的速度提升，而单位流明的价格则以每年10%~15%的速度降低。大功率LED与小功率LED的量产光效性能在2017年左右将达到200lm/W，而COB LED的光效略低。Fig.1给出不同功率LED量产光效线路图。

Fig.1 LED 性能路线图

从市场角度看，根据McKinsey 的分析报告：现在市场已经处于由传统照明转向LED 照明过渡的阶段。照明的市场总量预计会以年平均5%的增长率至2016年，接着再以年平均3%的增长持续到2020年; 而LED 照明则以年平均33%的增长率快速增长至2016年，随之后再以年平均15%的增长持续到2020年。LED 芯片和封装的主要市场将由背光源转向通用照明，其中亚洲将占全球市场的45%。

Fig.2 照明市场的发展趋势

050100150200250

1996

1999200220052008201120142017

lm/W LED Performance Roadmap

LED灯具产业进入洗牌整合阶段。LED照明市场整体处于上升期，得益吸引了大量投资，竞争愈加激烈，LED照明产业利润逐渐降低并将成为薄利行业。一些生产劣质LED灯具的小作坊企业将在激烈的竞争中逐步退出，LED照明市场将走出乌烟瘴气的氛围。

2. 销售渠道与产品方案的配合

随着LED灯具市场步入洗牌阶段，各大厂商纷纷通过各种渠道布局市场，力图尽快占据市场制高点。在重视销售渠道和品牌价值的同时，在产品上也更加重视针对不同的市场需求提供科学的产品方案，从单纯的注重性能指标转向注重照明质量，产品细分化，增加具有独特功能与规格的产品，在市场竞争中更具卖点。正确理解各应用需求并给出合适的LED照明产品方案将成为竞争焦点，亦为各厂商综合实力比拼的焦点。

当前LED灯具的销售渠道主要有工程项目与批发、零售两大类：

2.1各类LED灯具特点

按照用途及其结构区别，可将灯具划分为专业（户外）照明灯具、商用（户内）照明灯具及家居照明灯具等三大类。

1）专业（户外）照明灯具

专业（户外）照明灯具主要针对工程项目，注重可靠性与功能，成本敏感度相对较低。此类灯具的方案设计，主要从以下几方面考虑。

a）LED

通常选用大功率芯片封装的LED作为光源。为保障在户外相对严酷的应用条件下的灯具寿命，以及满足相关标准需求，选用的LED光源需要通过LM-80认证的。LED驱动电流的设计，需要综合考虑灯具的光效与成本，选择一个合适的驱动电流，一般会低于LED的最大驱动电流，并按照需求预留一定的余量。光源的颜色方面，户外照明对显色指数通常为Ra≥70，但某些专业照明对显色指数的要求则有较高要求，如Ra≥90。虽然中功率LED具有较高的性价比，但在户

外灯具上应用时要格外小心谨慎。户外LED灯具的为了达到一定的防水等级，光源腔常被设计成空腔体积非常小的气密空间，用于密封或防止水汽进入的保护材料（密封胶、灌封胶、防潮油等）或焊料释出小分子气体容易进入LED内部并造成污染；如果光源腔采用加装透气呼吸阀结构设计，使得腔体内外气可以自由交换，有利于稀释内部释出气体浓度降低LED受到污染可能，但是，户外复杂的环境气体也会因为内外气压变化产生气体交换进入光源腔，其受到污染可能性与具体环境气体成份及其浓度相关。因此，当中小功率LED用于户外灯具应用时，需要确认灌封胶或防潮油固化其间或与可能接触材料在长期应用时是否会释放气体并不会对LED造成污染。有致密表层胶体结构的大功率LED能防止这些气体进入保护LED不受污染，另一方面，大功率LED使用陶瓷取代塑料作为封装材料，避免使用塑料受户外环境影响而更快老化。此外，在热量较为集中户外灯具中使用能承受更高的结温大功率LED不仅便于散热设计同时使灯具可靠性更容易得到保障。

b）电源

按照以往市场上某些户外LED灯具实际应用经验，电源往往先于LED失效，而电源失效会直接导致灯具无法工作，甚至造成光源器件的损坏。由于户外灯具的更换或维护成本非常高，因此，户外灯具配备一个高可靠性电源尤显重要。由于户外灯具往往被安放在高处，并远离配电设备，其防雷性能力主要取决于灯具本身，为了适应更多地域与使用环境，提高灯具实际使用环境中的可靠性，灯具防浪涌能力一般需要比EMC标准（1KV或2KV）有更高要求如达到6KV~10KV的防浪涌能力。目前的户外照明灯具，对智能控制需求不明显，除了满足基本的安全需求外还应更加重视可靠性需求。因此，一般使用选用能适应户外各种恶劣电网及自然环境的高可靠性电源，调光功能则只在一些工程项目中有需求。

c）光学器件

户外/专业照明灯具由于应用的场合的较具专业性，对光分布有特殊的要求。需要定制化的配光设计，使光分布与应用要求相符。典型案例如路灯的配光设计，需要以驾驶者的视角考虑路面是否有足够的亮度和均匀性，避免眩光和斑马效应。还需要考虑配光的效率，针对不同的路面材质及车道数给出最舒适和高利用率的配光。此外，户外灯具的光学器件还需要考虑材料的耐候性，针对应用场合的UV、高温高湿、盐碱腐蚀等的抗候性。

d）灯具结构

户外/专业照明灯具，同一款产品会有细分的规格。在灯具方案设计中从功能和经济性考虑，通常会采用模块化设计理念。集成光源板、光学器件、散热的光引擎是常见的解决方案。出于考虑到成本的优化，半模组化灯具设计则综合了一体化灯具与模组化灯具设计优点，将散热器、壳体、电源作为共用单元，而抽出光引擎进行模组化。相对模组化灯具，降低了整灯元件组装数量，还简化各LED模组供电设计，同时又具有模组化组装灵活性及产品组合多样性，还有低成本等优点。因为户外灯具本身功率较大而且往往被安装于较高的位置，从而要求灯具本身具有较强支撑结构及防撞击强度，金属结构件通常是较佳选择。铝合金钣金作为整体散热方案具有导热性能好及重量低优点，相对于压铸及挤出成型工艺成本较低，与简化光引擎的半模组化设计结合更具成本竞争力。