Przyszłość rynku oświetlenia SSL

Największą przeszkodą hamującą ekspansję oświetlenia ledowego wciąż jest jego cena, pod względem której lampy LED ciągle nie mogą konkurować z innymi źródłami światła. Z tego powodu ten rodzaj oświetlenia jak na razie dominuje głównie w zastosowaniach niszowych: w oświetleniu architektonicznym, przemysłowym i estradowym.

W ich przypadku duże koszty początkowe zwracają się znacznie szybciej niż w innych aplikacjach, a ponadto ze względu na skalę inwestycji z reguły łatwiej można je uzasadnić. Szybki zwrot wydatków w tym wypadku jest możliwy głównie dzięki uzyskaniu większych oszczędności energii oraz dłuższemu okresowi eksploatacji lamp ledowych w porównaniu do zwykłych żarówek.

Ponadto zaletą tego rodzaju oświetlenia jest jakość światła oraz możliwość uzyskania barw czystych przez zmieszanie kolorów podstawowych, bez konieczności stosowania dodatkowych filtrów. Plusem jest również możliwość elektronicznej regulacji temperatury barwowej emitowanego światła. W oświetleniu domowym lampy LED jak na razie zastępują świetlówki przede wszystkim dlatego, że ich światło jest przyjemniejsze dla oka.

W tym zastosowaniu niestety bowiem wciąż zysk z oszczędności energii uzyskiwanych dzięki zastosowaniu oświetlenia SSL nie równoważy jego początkowej ceny. Jak oszacowano, koszt lamp ledowych w odniesieniu do okresu ich eksploatacji jest obecnie blisko dwukrotnie większy niż żarówek oraz dziesięciokrotnie większy niż świetlówek.

Według analityków sytuacja ta ulegnie zmianie najwcześniej dopiero po 2020 roku. Wówczas prawdopodobne jest, że koszty używania lamp ledowych spadną do wartości jednej dziesiątej oraz jednej drugiej odpowiednio kosztów eksploatacji żarówek oraz świetlówek.

Koszty produkcji

Cenę oświetlenia ledowego zmniejszyć można przede wszystkim, ograniczając koszty jego produkcji. Oszczędności można uzyskać m.in., zapewniając większą powtarzalność najważniejszych parametrów diod, na przykład napięcia przewodzenia, barwy i natężenia emitowanego światła. Dzięki temu można byłoby bowiem pominąć w procesie produkcji etap testowania i sortowania diod.

Niestety diody produkowane są obecnie w technologii MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition), która polega na próżniowym naparowywaniu kolejnych warstw półprzewodnika. Proces ten charakteryzuje się dużym rozrzutem parametrów. Udoskonalenie tej metody produkcji pozostaje jednym z głównych celów producentów oświetlenia LED.

Powinno to następować równolegle z rozwojem technologii montażu oraz pakowania lamp ledowych. Oprócz tego niektórzy producenci pracują też nad wdrożeniem do produkcji struktur wielodiodowych, dzięki którym będzie można zwiększyć wydajność świetlną diod oraz także uniknąć problemu z rozbieżnością ich parametrów. Rozwiązaniem stosowanym przez niektórych producentów jest też korekcja właściwości tych komponentów, których parametry odbiegają od zadanej specyfikacji.

W ten sposób próbuje się ograniczać straty produkcyjne. Na zmniejszenie kosztów produkcji lamp ledowych wpłynąć może też rozwinięcie ich produkcji na większych płytkach podłożowych, co jednak będzie możliwe dopiero, gdy znajdzie to uzasadnienie w skali produkcji.

Większość obecnie sprzedawanych diod jest produkowana na podłożach 2- i 4-calowych (około 10 tys. diod można wykonać na podłożu 4-calowym). Kolejnym etapem rozwoju technologii będzie przejście do rozmiaru 6 i 8 cali, a nawet większych podłoży.

Lampy OLED

Rys. 1. Według BCC Research rynek oświetlenia OLED w latach 2011-2016 wzrośnie z 600 mln dol. do 1,6 mld dol.

Obecnie organiczne diody OLED do wyświetlaczy są wytwarzane w procesie termicznego naparowywania z wykorzystaniem metalowej maski, przez którą materiał organiczny jest nadrukowywany na szklane podłoże. W przypadku oświetlenia OLED technologia ta wymaga jednak modyfikacji. Celem jest rozwój procesu drukowania diod na elastycznym podłożu, dzięki czemu koszty wytwarzania lamp OLED mogłyby spaść nawet poniżej kosztów produkcji świetlówek.

Największą barierą hamującą rozwój technologii lamp tego typu jest brak odpowiednich materiałów na podłoże. Wszystkie obecnie dostępne materiały polimerowe, które można by wykorzystać w tym celu, są przepuszczalne dla tlenu i wilgoci. Na te czynniki z kolei wrażliwe są materiały używane do produkcji warstw organicznych. Analitycy przewidują jednak, że wkrótce problem ten uda się rozwiązać.

W efekcie według BCC Research wartość światowego rynku oświetlenia OLED w latach 2011-2016 wzrośnie z nieco ponad 600 mln dol. do 1,6 mld dol., średnio rocznie o 21,9% (rys. 1). Dynamika wzrostu tego segmentu będzie większa w porównaniu do segmentu rynku diod organicznych wykorzystywanych do produkcji wyświetlaczy, którego wartość w tym okresie będzie rosnąć średnio o 8,3% rocznie, z 2,4 mld dol. w 2011 do 3,6 mld dol. w 2016 roku.

Podobne, a nawet jeszcze bardziej pozytywne prognozy dla światowego rynku oświetlenia OLED przedstawiają również analitycy NanoMarkets. Ich zdaniem globalny rynek oświetlenia OLED w 2016 roku będzie wart 4,8 mld dol., z czego na 1,5 mld dol. szacowany jest rynek europejski, a na 2,1 mld dol. rynek azjatycki. Z tego rynek lamp OLED w Japonii w 2016 będzie wart 1,1 mld dol., w Chinach 420 mln dol., natomiast w Korei Południowej 230 mln zł.

Z kolei w Europie największym rynkiem szacowanym na około jedną czwartą całego europejskiego rynku oświetlenia OLED w latach 2011-2018 będą Niemcy. Sprzedaż w kraju, w którym działalność prowadzi wielu producentów diod organicznych, m.in. BASF, Philips, Heraeus, Osram, Ledon, Merck, Novaled, w 2016 roku osiągnie wartość 360 mln dol. Drugi pod względem wartości sprzedaży lamp OLED będzie rynek brytyjski.

Wartość tego rynku w Wielkiej Brytanii, w której działalność prowadzą m.in. Cambridge Display Technology, E2M, Lomox i PolyPhotonix osiągnie w 2016 roku poziom 210 mln dol.

Zachęta do rozwoju technologii oświetleniowych

Jednym ze sposobów na zachęcenie producentów do prac nad rozwojem oświetlenia SSL są rozmaite inicjatywy rządowe podejmowane w różnych krajach. Przykładem jest konkurs Next Generation Luminaires organizowany od 2008 roku przez Departament Energii USA. Mogą w nim brać udział producenci diod, oświetlenia ledowego oraz opraw oświetleniowych.

Projekty są oceniane pod kątem parame trów emitowanego światła, w tym skuteczności świetlnej, natężenia światła, współczynnika oddawania barw, a także żywotności oraz estetyki wykonania. Oprócz tego DOE sponsoruje konkurs L Prize. Jego celem jest opracowanie oświetlenia SSL w przystępnej cenie, które mogłoby zastąpić 60-watowe żarówki.

Określone są też konkretne parametry, jakie spełniać mają te lampy. Ich producenci muszą m.in. zapewnić skuteczność świetlną o wartości ponad 90 lm/W, strumień świetlny o wartości ponad 900lm, pobór mocy mniejszy niż 10W, żywotność ponad 25 tys. godzin, współczynnik oddawania kolorów (CRI) o wartości powyżej 90 oraz temperaturę barwową z zakresu wartości od 2700 do 3000K.

Monika Jaworowska