寧波市環(huán)球光電股份有限公司總工程師茆學華.ppt

寧波市環(huán)球光電股份有限公司 總工程師 茆學華,半導體照明技術研發(fā)進展,白光發(fā)光二極管（LED）簡介,很早以前科學家就發(fā)現半導體PN結通過正向電流時，部分少數載流子與多數載流子復合后，會以光量子形式釋放出能量。根據這種現象研制的二極管稱為半導體發(fā)光二極管（Light Emitting Diode）。實驗表明，半導體材料不同，雜質濃度不同，發(fā)光二極管（LED）發(fā)出光線的顏色也不同。照明所需要的白色光是由多種單色光合成的復合光。目前制造白色發(fā)光管（LED）大多采用兩種方案：一種方案是將藍光LED和黃光熒光粉封裝在一起。熒光粉受到藍光照射后會發(fā)出黃光、藍光與黃光混合形成白光。另一種方案是將藍光和黃光LED或藍光、綠光和紅光LED封裝在一起，幾種單色光混合后產生白光。 近年來，白光發(fā)光二極管（LED）的應用取得了飛速發(fā)展，超高亮度LED（指發(fā)光強度達到或超過100MCD的LED）已廣泛應用于交通信號燈和大屏幕顯示，超高亮度LED陣列可取代500W以內的白熾燈。功率型LED的光通量已經達到150Lm/w以上，目前已用于手電筒、礦燈、路燈、汽車燈等場合。 近兩年，寧波市環(huán)球光電股份有限公司與西安相關核心合作單位合作，對LED發(fā)熱問題，進行了有效的研究，已初步見成效。,半導體照明燈的主要優(yōu)點,國家經貿委等13個部門組織實施的旨在節(jié)約電能，保護環(huán)境，改善照明質量的國家綠色照明工程中，大功率LED已明確作為推廣使用的產品。公司現在已經成功研制出500W、200W、100W等大功率LED節(jié)能照明燈，填補了國內國外在該項目上的空白。LED燈主要優(yōu)點如下：,光源使用壽命長,LED燈的理論壽命可達10萬小時，實際使用壽命超過5萬小時，按每天點亮10小時，LED燈可用5000天，因此LED燈可用10年以上。燈內控制電路采用高質量設計，可工作10年以上。白熾燈的平均壽命只有1000小時，其他光源的平均壽命也只有3000-8000小時，遠遠低于LED燈的壽命。由于LED燈的壽命很長，不需要經常更換，因此可大大節(jié)省維護費用。,光效高 節(jié)電顯著,電光源每W電功率產生的光通量稱為光效，單位為Lm/w。普通白熾燈的光效為15Lm/w，LED的光效可達到200Lm/w，約為白熾燈的10倍以上。與同亮度白熾燈相比，LED照明燈可節(jié)省80-90%電能。如果每只路燈的功率由400W減小到100W，每天照明時間按10小時計算，每天可節(jié)電3000Wh，按每度電.0.5元計算，每天可節(jié)省電費1.5元，全年每只路燈節(jié)省電費547元，兩年節(jié)省的電費遠高于LED燈的成本。由于LED燈特別省電，因此供電電纜的線徑可能大大減小，因而可節(jié)省初期投資。應當特別指出的是：由于LED燈特別省電，因此有可能實現太陽能電池供電。過去每只路燈的功率都在250W-400W之間，如果采用太陽能電池供電，所需太陽能電池的容量和蓄電池的容量非常大，成本特別高。LED路燈和庭院燈功率約為30W-50W，因此所需太陽能電池和蓄電池的容量較小，可以大大減小初期投資。 據估算，全國若有三分之一的照明燈具使用LED燈，每年節(jié)約的電費可重建一個三峽工程，對建立節(jié)約型社會是一個巨大的貢獻，而且間接地減輕了因火力發(fā)電造成的嚴重環(huán)境污染及不可再生資源的消耗。,光通量穩(wěn)定、不波動、 無頻閃效應危害,電光源發(fā)出的光通量不穩(wěn)定，產生光波動稱為頻閃。頻閃超過一定范圍后，在燈光下將產生視覺疲勞，長期視覺疲勞會損傷人的視覺系統(tǒng)。LED照明燈采用恒定直流電流驅動，不會產生任何頻閃，對人體沒有任何危害。日光燈、白熾燈、高壓汞燈、鈉燈等光源均采用交流電源供電，光通量的波動深度在55-65%，波動頻率為100周，頻閃效應的危害性極大。,顯色性能好 不會產生色偏,顯色性表示光對顏色的還原程度。在顯色性較低的燈光下（一般日光燈顯色指數為6070）看東西，眼睛對顏色的分辨能力低，容易造成視覺疲勞。綠色照明燈要求顯色指數應大于或等于85。LED燈顯色指數完全可以滿足綠色照明燈的要求。,半導體照明燈的應用,半導體照明（LED）鋰電池礦燈,近百年來，國內外礦工普遍采用由鉛酸電池和白熾燈組成的帽燈，這種帽燈體積很大重量接近3Kg。使用過程中，鉛酸電池需要經常加酸補液，維護工作量很大，同時硫酸電解液溢出時有可能燒破衣服甚至燒傷皮膚。此外由于白熾燈的壽命很短，在井下工作時，若燈泡燒壞，將嚴重影響采煤工作。這種礦燈的安全性能很差，外部發(fā)生短路時，將產生很強的火花，有可能引起瓦斯爆炸。,礦燈選用LED作光源后，照度和壽命大大提高，功耗也大大降低。礦燈選用鋰電池是減輕重量減小體積的必然選擇，但是由于目前大量應用的鈷酸鋰和錳酸鋰電池，存在著燃燒甚至爆炸的危險。最近我們配合有關鋰電池生廠商推出了磷酸鐵鋰電池，使鋰電池的安全性能大大提高。目前這種新型礦燈國內已有數十家工廠生產，并且國營大中型煤礦已普遍采用，有些產品已開始出口。,礦用隔爆不斷電LED巷道燈,過去礦井巷道內普遍采用隔爆白熾燈。這種燈具耗電量特別大、壽命短、照度低。近年來大部分礦井開始采用隔爆熒光燈。由于巷道內需要晝夜連續(xù)照明，白熾燈和熒光燈的耗電量較大壽命較短，每年所需電費很高而且每年都要投入大量的人力和物力，更換維護巷道燈，通常更換巷道燈時，需切斷電源，因而也影響生產。此外礦井內許多重要的場所要求不間斷照明，為此采用白熾燈和熒光燈時，必須配置容量很大的蓄電池和逆變器，不僅成本增加，供電可靠性也較差。 隔爆不斷電LED巷道燈采用多陣列LED作光源，很容易實現不斷電應急照明。電源供電正常時，各陣列LED都點亮，同時蓄電池充電，電源中斷后，燈內的磷酸鐵鋰電池給一組LED陣列供電，功耗很小。兩只500mAh電池可供電10小時，這種巷道燈已經在多家礦井試用，用戶反映極好。雖然目前成本較高，但兩年節(jié)省的電費和維護費即可補償一次性投資。目前陜西煤業(yè)集團和省外多家煤業(yè)集團都準備采用這種新型巷道燈。,太陽能LED照明系統(tǒng),目前全國尚有28個縣約1.2億人口沒有用上電。為了實現“村村亮工程”每年國家都要投入大量資金，解決偏遠地區(qū)的照明問題，由于偏遠地區(qū)都遠離供電網，架設輸電線路的投資非常大，線路損耗也十分驚人。為此通常都采用太陽能光伏電源供電。在這種供電系統(tǒng)中采用LED作光源，可節(jié)省大量的電能。雖然LED燈目前成本較高，但是在要求同樣照明功率和照明時間的條件下，光伏電池組件和貯能蓄電池的容量可減小60%，同時半導體照明燈由直流電壓供電，可省去將直流電變?yōu)榻涣麟姷哪孥E器，這樣不僅提高了供電效率和供電系統(tǒng)的可靠性，還大幅度降低了系統(tǒng)成本。該產品還可用于高速公路遂道照明、太陽能路燈、太陽能庭院燈等。,室內LED照明燈具,LED照明燈雖然具有很多優(yōu)點，但是由于它的照射角度有一定限制，用作室內照明燈具有一定的困難。本公司采用多層LED陣列特殊結構研制的LED燈泡，不但解決泛光照明的要求，還很好的解決了LED的散熱問題，本公司研制的LED驅動器模塊可滿足很寬的輸入電壓要求（交流和直流24V280V），可適用任何于國家任何和地區(qū)的電網要求。公司研制的LED燈管采用了遠光、近光配光系統(tǒng)，可以滿足各種不同的要求。目前已投入批量生產8W LED燈管可取代20W日光燈，3-10W LED燈泡可取代60-100W白熾燈泡。普通照明LED燈采用符合人體視覺科學的配光曲線，可進入千家萬戶使用。這些室內照明燈具根據用戶的要求還可增加應急照明功能，從而可取代目前廣泛應用的應急燈。,LED熱問題的解決方案,1.采用本公司研發(fā)的超級導熱固晶膠，使LED內熱迅速導出。(商業(yè)機密，不能展開) 2.采用本公司研發(fā)的超級導熱膠，使LED內熱迅速傳遞到散熱片上。 3.采用本公司研發(fā)的新型鋁合金超級導熱材料，在3-6秒鐘內達到熱平衡，而且重量只有傳統(tǒng)散熱器的1/5-1/6。如3WLED需50-60g散熱器，而超導散熱器只有8-10g。有效減輕了LED燈的重量。,大功率LED陣列（光源）解決的關鍵技術,為了減小LED的光衰，延長使用壽命，必須解決LED光源的散熱問題。我們研制了兩種導熱材料：首先是將LED芯片固定在LED的支架上（固晶）所用的導熱材料。該材料比目前國際上最好的導熱材料的導熱性能高10倍，因此，我們可以封裝成單顆50W、100W、200W LED光源。另外還解決了LED光源與散熱器之間的導熱材料。該材料導熱速度比目前國際上最好的導熱材料高10多倍，因此可大大減小LED光源的溫升。此外我們還改進了散熱器的材料，使LED燈具散熱器的體積和重量大大減小。,LED燈用電源的思考,簡單的事變復雜了。LED最簡單可靠辦法是直接接市電，但由于交流LED光效將減少一半，影響其推廣使用。 寧波環(huán)球光電公司采用了最簡單的交流變直流整流橋，串聯穩(wěn)流二極管，使直流電路處于恒流狀態(tài)，驅動串聯的集成式LED獲得成功。當然，這得益于本公司超級導熱固晶膠超強的絕緣性能，才能用串聯集成方式，避免電擊損。 這樣就可減少成本，增強LED電源效率與可靠性。,LED光源產品,200W LED是環(huán)球光電股份有限公與核心合作企業(yè)的科研人員經過多年的不懈努力，在其它大功率LED的基礎上的又一次成功的傾情奉獻，也開創(chuàng)了全國及國際上第一家生產200W以上LED燈的先河，完全達到了國內外同類產品的領先水平，填補了國際上此類產品的空白。它采用高新技術，綠色環(huán)保、節(jié)能安全、壽命長，性能穩(wěn)定，歡迎考察、歡迎合作。,LED光源產品,低熱阻、優(yōu)異光學特性、高可靠的封裝技術是新型LED走向實用、實現產業(yè)化的必經之路，擁有封裝技術好的LED產品才能生產終端產品，并投入市場。環(huán)球光電股份公司核心合作企業(yè)研制出的超高溫導電銀膠，是獲得國家專利的產品，與國外其他產品相比較有著極其顯著的性價比，解決了大功率LED光源的導熱技術，這一技術處于世界領先的水平。,LED光源產品,環(huán)球光電股份有限公司與核心合作企業(yè)經過多年的研發(fā)，在科研隊伍的努力攻關下，使LED核心技術取得重大突破，解決了制約LED照明發(fā)展的關鍵工藝和材料。在世界行業(yè)內率先突破大功率LED生產的瓶頸，生產出超高亮度的單顆大功率LED半導體發(fā)光管。單顆LED可做到500W，為LED用于照明鋪平了道路，使LED用于普通照明成為現實。,LED光源產品,節(jié)能減排不僅是企業(yè)應當承擔的社會責任，也是企業(yè)實現可持續(xù)發(fā)展的必由之路。環(huán)球光電股份有限公司大功率的LED的應用可以為社會節(jié)約更多的能源，每使用1W LED燈 ,就能節(jié)約1-1.5W的電能，創(chuàng)造極為可觀的經濟效益和社會效益。2007年5月24日，環(huán)球光電股份有限與核心合作企業(yè)公司生產的30WLED光源、50WLED光源、100WLED光源分別獲得了取得科學技術實驗室認可委員會認可證書（NO.DL045）和中國實驗室國家認可委員會認可證