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文檔簡介
半導(dǎo)體照明技術(shù)研發(fā)進(jìn)展白光發(fā)光二極管(LED)簡介
很早以前科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體PN結(jié)通過正向電流時(shí),部分少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合后,會(huì)以光量子形式釋放出能量。根據(jù)這種現(xiàn)象研制的二極管稱為半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LightEmittingDiode)。實(shí)驗(yàn)表明,半導(dǎo)體材料不同,雜質(zhì)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(fù)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(lán)光LED和黃光熒光粉封裝在一起。熒光粉受到藍(lán)光照射后會(huì)發(fā)出黃光、藍(lán)光與黃光混合形成白光。另一種方案是將藍(lán)光和黃光LED或藍(lán)光、綠光和紅光LED封裝在一起,幾種單色光混合后產(chǎn)生白光。近年來,白光發(fā)光二極管(LED)的應(yīng)用取得了飛速發(fā)展,超高亮度LED(指發(fā)光強(qiáng)度達(dá)到或超過100MCD的LED)已廣泛應(yīng)用于交通信號(hào)燈和大屏幕顯示,超高亮度LED陣列可取代500W以內(nèi)的白熾燈。功率型LED的光通量已經(jīng)達(dá)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(guān)核心合作單位合作,對(duì)LED發(fā)熱問題,進(jìn)行了有效的研究,已初步見成效。半導(dǎo)體照明燈的主要優(yōu)點(diǎn)
國家經(jīng)貿(mào)委等13個(gè)部門組織實(shí)施的旨在節(jié)約電能,保護(hù)環(huán)境,改善照明質(zhì)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(chǎn)品。公司現(xiàn)在已經(jīng)成功研制出500W、200W、100W等大功率LED節(jié)能照明燈,填補(bǔ)了國內(nèi)國外在該項(xiàng)目上的空白。LED燈主要優(yōu)點(diǎn)如下:光效高節(jié)電顯著
電光源每W電功率產(chǎn)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(dá)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(shí)間按10小時(shí)計(jì)算,每天可節(jié)電3000Wh,按每度電.0.5元計(jì)算,每天可節(jié)省電費(fèi)1.5元,全年每只路燈節(jié)省電費(fèi)547元,兩年節(jié)省的電費(fèi)遠(yuǎn)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(yīng)當(dāng)特別指出的是:由于LED燈特別省電,因此有可能實(shí)現(xiàn)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(jù)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(fèi)可重建一個(gè)三峽工程,對(duì)建立節(jié)約型社會(huì)是一個(gè)巨大的貢獻(xiàn),而且間接地減輕了因火力發(fā)電造成的嚴(yán)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(dòng)、
無頻閃效應(yīng)危害
電光源發(fā)出的光通量不穩(wěn)定,產(chǎn)生光波動(dòng)稱為頻閃。頻閃超過一定范圍后,在燈光下將產(chǎn)生視覺疲勞,長期視覺疲勞會(huì)損傷人的視覺系統(tǒng)。LED照明燈采用恒定直流電流驅(qū)動(dòng),不會(huì)產(chǎn)生任何頻閃,對(duì)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(dòng)深度在55-65%,波動(dòng)頻率為100周,頻閃效應(yīng)的危害性極大。顯色性能好不會(huì)產(chǎn)生色偏
顯色性表示光對(duì)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(shù)為60-70)看東西,眼睛對(duì)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(shù)應(yīng)大于或等于85。LED燈顯色指數(shù)完全可以滿足綠色照明燈的要求。半導(dǎo)體照明(LED)鋰電池礦燈近百年來,國內(nèi)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(jīng)常加酸補(bǔ)液,維護(hù)工作量很大,同時(shí)硫酸電解液溢出時(shí)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(shí),若燈泡燒壞,將嚴(yán)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(shí),將產(chǎn)生很強(qiáng)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(yīng)用的鈷酸鋰和錳酸鋰電池,存在著燃燒甚至爆炸的危險(xiǎn)。最近我們配合有關(guān)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(nèi)已有數(shù)十家工廠生產(chǎn),并且國營大中型煤礦已普遍采用,有些產(chǎn)品已開始出口。礦用隔爆不斷電LED巷道燈
過去礦井巷道內(nèi)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(nèi)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(fèi)很高而且每年都要投入大量的人力和物力,更換維護(hù)巷道燈,通常更換巷道燈時(shí),需切斷電源,因而也影響生產(chǎn)。此外礦井內(nèi)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(shí),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(shí)現(xiàn)不斷電應(yīng)急照明。電源供電正常時(shí),各陣列LED都點(diǎn)亮,同時(shí)蓄電池充電,電源中斷后,燈內(nèi)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(shí),這種巷道燈已經(jīng)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(fèi)和維護(hù)費(fèi)即可補(bǔ)償一次性投資。目前陜西煤業(yè)集團(tuán)和省外多家煤業(yè)集團(tuán)都準(zhǔn)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(gè)縣約1.2億人口沒有用上電。為了實(shí)現(xiàn)“村村亮工程”每年國家都要投入大量資金,解決偏遠(yuǎn)地區(qū)的照明問題,由于偏遠(yuǎn)地區(qū)都遠(yuǎn)離供電網(wǎng),架設(shè)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(shí)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(shí)半導(dǎo)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(chǎn)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。LED熱問題的解決方案1.采用本公司研發(fā)的超級(jí)導(dǎo)熱固晶膠,使LED內(nèi)熱迅速導(dǎo)出。(商業(yè)機(jī)密,不能展開)2.采用本公司研發(fā)的超級(jí)導(dǎo)熱膠,使LED內(nèi)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(jí)導(dǎo)熱材料,在3-6秒鐘內(nèi)達(dá)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(dǎo)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(guān)鍵技術(shù)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(dǎo)熱材料:首先是將LED芯片固定在LED的支架上(固晶)所用的導(dǎo)熱材料。該材料比目前國際上最好的導(dǎo)熱材料的導(dǎo)熱性能高10倍,因此,我們可以封裝成單顆50W、100W、200WLED光源。另外還解決了LED光源與散熱器之間的導(dǎo)熱材料。該材料導(dǎo)熱速度比目前國際上最好的導(dǎo)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(jìn)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(fù)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(lián)穩(wěn)流二極管,使直流電路處于恒流狀態(tài),驅(qū)動(dòng)串聯(lián)的集成式LED獲得成功。當(dāng)然,這得益于本公司超級(jí)導(dǎo)熱固晶膠超強(qiáng)的絕緣性能,才能用串聯(lián)集成方式,避免電擊損。這樣就可減少成本,增強(qiáng)LED電源效率與可靠性。LED光源產(chǎn)品低熱阻、優(yōu)異光學(xué)特性、高可靠的封裝技術(shù)是新型LED走向?qū)嵱?、?shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的必經(jīng)之路,擁有封裝技術(shù)好的LED產(chǎn)品才能生產(chǎn)終端產(chǎn)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(dǎo)電銀膠,是獲得國家專利的產(chǎn)品,與國外其他產(chǎn)品相比較有著極其顯著的性價(jià)比,解決了大功率LED光源的導(dǎo)熱技術(shù),這一技術(shù)處于世界領(lǐng)先的水平。LED光源產(chǎn)品環(huán)球光電股份有限公司與核心合作企業(yè)經(jīng)過多年的研發(fā),在科研隊(duì)伍的努力攻關(guān)下,使LED核心技術(shù)取得重大突破,解決了制約LED照明發(fā)展的關(guān)鍵工藝和材料。在世界行業(yè)內(nèi)率先突破大功率LED生產(chǎn)的瓶頸,生產(chǎn)出超高亮度的單顆大功率LED半導(dǎo)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(xiàn)實(shí)。LED光源產(chǎn)品節(jié)能減排不僅是企業(yè)應(yīng)當(dāng)承擔(dān)的社會(huì)責(zé)任,也是企業(yè)實(shí)現(xiàn)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(yīng)用可以為社會(huì)節(jié)約更多的能源,每使用1WLED燈,就能節(jié)約1-1.5W的電能,創(chuàng)造極為可觀
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