大功率節(jié)能白光LED燈可行性報(bào)告

1、大功率節(jié)能白光led燈可行性報(bào)告一、簡(jiǎn)介在當(dāng)前世界能源危機(jī)愈演愈烈的大背景下，半導(dǎo)體白光led照明是21世紀(jì)最具有發(fā)展前景的高新技術(shù)領(lǐng)域之一，led作為第四代照明光源，具有節(jié)能、環(huán)保、使用壽命長(zhǎng)、耐沖擊、反應(yīng)速度快、體積小等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于一般照明和背光源等領(lǐng)域。由于白光led照明符合綠色照明工程節(jié)能與環(huán)保的要求，將產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，因此發(fā)展高效綠色節(jié)能的半導(dǎo)體照明(ssl)產(chǎn)業(yè)已是大勢(shì)所趨。目前，白光led在照明市場(chǎng)的前景備受全球矚目，歐、美及日本等先進(jìn)國(guó)家紛紛投入大量的人力和財(cái)力，成立專門的機(jī)構(gòu)和計(jì)劃推動(dòng)白光led研發(fā)工作。如歐盟的“彩虹計(jì)劃”、美國(guó)的“國(guó)家半導(dǎo)體照明研究計(jì)劃”以

2、及日本的“21世紀(jì)照明研究發(fā)展計(jì)劃”等。我國(guó)對(duì)led行業(yè)的發(fā)展也高度重視，科技部“863”、“973”計(jì)劃均立項(xiàng)支持對(duì)藍(lán)光、白光led的開發(fā)研究。隨著led(發(fā)光二極管)制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，其光效不斷攀升，截止目前大功率白光led的光效實(shí)驗(yàn)室水平已超過190lm/w，穩(wěn)定的產(chǎn)品光效也有90lm/w。這一光效值展現(xiàn)出led應(yīng)用于實(shí)際意義上的通用照明的潛力。加上led壽命長(zhǎng)、抗震性好、體積小近似點(diǎn)光源、驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單等種種特點(diǎn)，led無疑在道路照明領(lǐng)域擁有很大的潛力，led路燈成為繼led交通信號(hào)燈后又一具有廣闊發(fā)展前景的產(chǎn)業(yè)，各國(guó)政府、研究院及制造商都已經(jīng)意識(shí)到這一點(diǎn)并開展了這方面的研發(fā)和推廣工作，我

3、國(guó)在十一五半導(dǎo)體照明工程計(jì)劃支持下也積極開展了led路燈的研發(fā)工作。目前我國(guó)已經(jīng)是世界上最大的光源與燈具生產(chǎn)國(guó)，2009年，中國(guó)的傳統(tǒng)照明企業(yè)近萬家，銷售額超過3000億元，中國(guó)的出口占世界貿(mào)易的30%以上。隨著led技術(shù)的不斷進(jìn)步以及l(fā)ed應(yīng)用的不斷推廣，為了響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的號(hào)召，促進(jìn)半導(dǎo)體照明事業(yè)的發(fā)展，很多傳統(tǒng)照明光源生產(chǎn)廠家紛紛將方向轉(zhuǎn)到led產(chǎn)品上。目前l(fā)ed路燈的研究與應(yīng)用非常熱，但國(guó)內(nèi)真正做的好的企業(yè)不多，本項(xiàng)目抓住這個(gè)契機(jī)，研制真正高效節(jié)能led路燈，形成具有自主品牌的產(chǎn)品，從而帶動(dòng)行業(yè)與市場(chǎng)的發(fā)展。我國(guó)是電力生產(chǎn)與消耗大國(guó)，其中道路照明占整個(gè)照明用電的比重達(dá)到了25%30%

4、，年耗電達(dá)到了1000億度。如果用led路燈全部代替高壓鈉燈，節(jié)電達(dá)30%（保守估計(jì)，可實(shí)現(xiàn)更高），每年就可省電300億度！目前國(guó)內(nèi)研發(fā)的大多l(xiāng)ed路燈只是簡(jiǎn)單地由多顆led組合成路燈燈具，沒有進(jìn)行合理的配光設(shè)計(jì)，不能滿足道路照明的區(qū)域均勻性和照度要求，且燈具整體效率不高。其實(shí)際使用效果大多不能得到令人滿意的結(jié)果，對(duì)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展造成了一定的負(fù)面影響。本項(xiàng)目對(duì)led路燈的配光運(yùn)用光學(xué)軟件進(jìn)行了科學(xué)設(shè)計(jì)，采用了能形成均勻照明矩形光斑的特殊自由曲面透鏡，安裝在每一個(gè)大功率led前，使得配光完全滿足道路照明標(biāo)準(zhǔn)要求且具備高集光效率，提高了led的光效。二、白光led發(fā)光結(jié)構(gòu)和原理本產(chǎn)品所采

5、用的白光led發(fā)光結(jié)構(gòu)都是利用藍(lán)色led與熒光粉體組合來形成白光，與兩個(gè)芯片的白光led發(fā)光結(jié)構(gòu)及采用紅、綠、藍(lán)三原色三個(gè)led芯片制備的白光led相比，這種用一個(gè)芯片的白光結(jié)構(gòu)不僅具有制備簡(jiǎn)單、發(fā)光效率高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，而且具有生產(chǎn)工藝成熟、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。具體對(duì)比情況見表1。表1 白光led的發(fā)光結(jié)構(gòu)和原理芯片數(shù)激發(fā)源發(fā)光材料白光發(fā)光原理3藍(lán)、黃、綠色ledingan，gap將發(fā)三原色的三個(gè)芯片封裝2藍(lán)、綠色ledingan，alingap將具有補(bǔ)色關(guān)系的兩種芯片封裝1藍(lán)色ledingan/yagingan的藍(lán)光與yag的黃光混合藍(lán)色ledznse薄膜藍(lán)光和基板黃光混合紫色ledinga

6、n/熒光粉ingan的紫光激發(fā)出三基色熒光表中藍(lán)色led與yag熒光粉體組合形成白光的封裝結(jié)構(gòu)主要分為兩類：第一類是由單顆1w的藍(lán)光芯片封裝激發(fā)熒光粉，此法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、工藝成熟，但是存在光色一致性差、眩光大等缺陷；第二類是由多顆1w藍(lán)光芯片集成式（chips on board）封裝后激發(fā)熒光粉，具有發(fā)光效率高、光色一致性好、制備效率高等優(yōu)點(diǎn)，但此類方法目前工藝相對(duì)不是很成熟。上述第二類中的集成式封裝工藝主要有兩種：熒光粉直接涂覆在藍(lán)光芯片上。此法工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，但熒光粉激發(fā)效率低且受溫度影響大，易老化，如圖2：圖2 集成式封裝工藝（一）芯片上涂覆硅膠后，再涂覆熒光粉。此法熒光粉雖然遠(yuǎn)離發(fā)熱

7、芯片受熱影響相對(duì)小，但是熒光粉仍然老化嚴(yán)重，如圖3：圖3 集成式封裝工藝（二）本項(xiàng)目所采用的封裝工藝技術(shù)是在熒光粉涂覆于透鏡中，藍(lán)光芯片經(jīng)過硅膠層和透鏡底面后激發(fā)熒光粉層。此法由于透鏡內(nèi)空腔易設(shè)計(jì)，可得到面光源，光色一致性好，熒光粉的激發(fā)效率高且不易老化，如圖4。圖4 本項(xiàng)采用的封裝工藝本項(xiàng)目中的led白光面光源模塊可以通過改變透鏡的形狀，來滿足不同配光曲線的要求，目前已經(jīng)設(shè)計(jì)出滿足led路燈、隧道燈等要求的配光曲線透鏡。較早時(shí)期的大功率led路燈只是模仿以高壓鈉燈為主的道路照明燈具的形式，通過利用led來替代常用的高壓鈉燈光源，結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單。一般直接選用常規(guī)的路燈外殼、結(jié)構(gòu)件及光輸出角度較大

8、的功率led作為發(fā)光器件，采用在兼有反光器和散熱器功能、面有散熱鰭片的金屬平面上將led簡(jiǎn)單地等距離排列，并通過led陣列混聯(lián)的方式來獲得較大的燈功率輸出和較強(qiáng)的光輸出。由于沒有針對(duì)led的出光特點(diǎn)和道路照明標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行l(wèi)ed路燈的二次、奇次配光設(shè)計(jì)，因此就如圖5(a)所示的那樣：路燈的光輸出在路面上形成一個(gè)圓形光斑，造成在道路方向上的照明角度有限，圓形光斑之間由于沒有光的平滑疊加過渡而形成明顯的暗區(qū)斑馬效應(yīng)；在道路垂直方向上散落在道路邊外圍沒有被利用的光較多，無法滿足道路照明對(duì)路燈光輸出特性的要求。(a)(b)圖5 不同道路照明配光效果 (a)早期設(shè)計(jì) (b)本項(xiàng)目設(shè)計(jì)為了滿足對(duì)路面亮度和路面

9、照度的要求，路燈的光強(qiáng)輸出曲線沿著道路方向必須是“蝙蝠翼”型的，在垂直于道路方向上滿足均勻度的要求。路燈的光輸出配光應(yīng)該像圖5(b)所示，為長(zhǎng)方形的均勻光斑，使得絕大部分的光都分布在路面上，盡可能地提高燈光的利用效率，減少不必要的浪費(fèi)。本項(xiàng)目對(duì)led路燈的配光運(yùn)用光學(xué)軟件進(jìn)行了科學(xué)設(shè)計(jì)，采用了能形成均勻照明矩形光斑的特殊自由曲面透鏡，安裝在每一個(gè)大功率led前，使得配光完全滿足道路照明標(biāo)準(zhǔn)要求且具備高集光效率。光學(xué)設(shè)計(jì)方法采用光線追跡軟件進(jìn)行仿真，其基本原理即snell折反射定律。所采用的技術(shù)是基于自由曲面光學(xué)透鏡的設(shè)計(jì)，采用微分方程數(shù)值解構(gòu)造光學(xué)自由曲面來實(shí)現(xiàn)均勻照明的設(shè)計(jì)方法，根據(jù)led的

10、光輻射特性以及目標(biāo)面上所需的照度分布，推導(dǎo)出一組用于計(jì)算自由曲面面型的微分方程組，并利用數(shù)值解法直接得到自由曲面的面型數(shù)據(jù)，再將自由曲面的面型數(shù)據(jù)進(jìn)行cad建模，然后運(yùn)用montecarlo方法進(jìn)行光線追跡模擬。該項(xiàng)技術(shù)是本項(xiàng)目最關(guān)鍵的技術(shù)之一。圖6 自由曲面透鏡的led二次配光在led白光面光源的基礎(chǔ)上，本項(xiàng)目通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，極大提高了產(chǎn)品的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)了使用壽命和擁有合理的照度設(shè)計(jì)。三、市場(chǎng)前景在全球積極節(jié)能的趨勢(shì)不變之，led路燈的需求量節(jié)節(jié)上升，2007年全球led路燈的滲透率僅0.23，2009年led路燈超過1，突破200萬盞需求。2011年led路燈可望達(dá)800多萬盞，滲透率

11、8.5，若以2009年led應(yīng)用于路燈的需求量相較2008年成長(zhǎng)率增加至i78，成長(zhǎng)率達(dá)到最高峰階段。2008年全球路燈市場(chǎng)規(guī)漠近1.81億盞，2009年估計(jì)達(dá)到l.93億盞，平均路燈每年成長(zhǎng)率約56左右，近1200萬盞，市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)飽時(shí)期，除了中國(guó)市場(chǎng)以外，其它區(qū)域新建路成長(zhǎng)空間相當(dāng)有限。雖然中國(guó)并非全球最大路燈市場(chǎng)，但根據(jù)中國(guó)國(guó)家路燈行業(yè)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)道路照明2009年約2800萬盞路燈。年成長(zhǎng)率1520，相較全球路燈僅56的成長(zhǎng)率。中圍1年新增及更換的路燈選300400萬盞，占全球新增路燈1/3，是近年最積極進(jìn)行城市化建進(jìn)的國(guó)家。再加上中國(guó)當(dāng)?shù)赜袊?yán)重電力供應(yīng)不足問題。為了順應(yīng)節(jié)能減碳趨勢(shì)，2

12、006年中國(guó)宣布“十一五計(jì)劃”，將半導(dǎo)體照明產(chǎn)品名列為第一重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域，促使中央政府?dāng)U大新建led路燈的需求，以目前中國(guó)led路燈市場(chǎng)商機(jī)最為明顯、規(guī)模最龐大勢(shì)，勢(shì)必為各家led業(yè)者極力搶攻的區(qū)域雖然在環(huán)保節(jié)能趨勢(shì)考慮下，歐美對(duì)led路燈應(yīng)用起步甚早，但推廣腳步緩慢，多半停留在單點(diǎn)測(cè)試示范早期階段，目前l(fā)ed路燈主要銷售市場(chǎng)集中在中國(guó)地區(qū)，是led路燈市場(chǎng)的重要先驅(qū)，從2007年需求量30萬盞，占全球led數(shù)量近75%；2008年需求量60萬盞，成長(zhǎng)高達(dá)1倍，占全球67%；2009年將突破100萬盞，達(dá)到140萬盞，占全球比例達(dá)55%。2010、2011年中國(guó)led路燈數(shù)量預(yù)估為250萬盞及5

13、00萬盞，市場(chǎng)占有率分別占55%及59%，比重相當(dāng)高，需求量比例皆高達(dá)5成以上，是各家行業(yè)者目前吉利布局的市場(chǎng)。本項(xiàng)目產(chǎn)品“新型大功率節(jié)能白光led路燈”其長(zhǎng)壽命、高光效、多光色及一次配光定向照射功能，能實(shí)現(xiàn)0100調(diào)光功能，輸出光無頻閃等優(yōu)點(diǎn)，與目前同類產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)相比且其光學(xué)設(shè)計(jì)合理，滿足道路照明標(biāo)準(zhǔn)要求，技術(shù)達(dá)到國(guó)內(nèi)同行業(yè)的領(lǐng)先水平，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。四、投資效益分析（1）投資效益分析在國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的大環(huán)境和背景下，單純的利潤(rùn)額、投入產(chǎn)出比的高低并不能作為衡量項(xiàng)目獲利方式優(yōu)劣的全部，除了公司及用戶獲得的經(jīng)濟(jì)利益外，產(chǎn)品所產(chǎn)生的社會(huì)效益也不容忽視。與同類產(chǎn)品相比，項(xiàng)目產(chǎn)品所具

14、備的比較優(yōu)勢(shì)以及公司針對(duì)其特性設(shè)計(jì)的項(xiàng)目進(jìn)度安排和項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃保證了項(xiàng)目產(chǎn)品取得了經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的雙贏。項(xiàng)目產(chǎn)品的具體獲利方式如下： 銷售標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，獲取營(yíng)業(yè)收入。公司通過多種宣傳、營(yíng)銷手段不斷開拓市場(chǎng)，挖掘潛在客戶，并對(duì)現(xiàn)有的意向客戶進(jìn)行鞏固和維護(hù)來實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品銷售，從而獲得項(xiàng)目產(chǎn)品的銷售利潤(rùn)；銷售配套硬件，獲取差價(jià)，增加企業(yè)的盈利能力。逐步與其他硬件開發(fā)商結(jié)成戰(zhàn)略同盟，在銷售項(xiàng)目產(chǎn)品的同時(shí)，附帶銷售相關(guān)配套硬件，獲取硬件的差價(jià)，增強(qiáng)企業(yè)的盈利能力；在廣泛收集意見，總結(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行中的不足之處基礎(chǔ)上，進(jìn)一步加以改進(jìn)和完善其功能；驗(yàn)證產(chǎn)品的穩(wěn)定性、可靠性和安全性。完善產(chǎn)品質(zhì)量保障體

15、系，完成產(chǎn)品說明書、用戶使用手冊(cè)等相關(guān)文件，建立售后服務(wù)流程。作好市場(chǎng)營(yíng)銷工作，完成營(yíng)銷網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。本產(chǎn)品近期主要以客戶所在的湖南市場(chǎng)為銷售對(duì)象，發(fā)揮公司在湖南市場(chǎng)的區(qū)域優(yōu)勢(shì)，迅速搶占上述相關(guān)市場(chǎng)，同時(shí)不斷把產(chǎn)品推向大連、深圳等新能源節(jié)能產(chǎn)品應(yīng)用示范重鎮(zhèn)。預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)1000015000件/年銷售量，項(xiàng)目預(yù)計(jì)累計(jì)銷售收入380萬元，累計(jì)凈利潤(rùn)95.6萬元，累計(jì)繳稅總額31.5萬元，新增就業(yè)人數(shù)15 人。（2）社會(huì)效益分析在當(dāng)今能源緊缺的現(xiàn)狀下，在環(huán)保節(jié)能已經(jīng)成為一種共識(shí)的背景中，在國(guó)家大力倡導(dǎo)并高度重視led事業(yè)發(fā)展的情況下，大功率led以其節(jié)能、長(zhǎng)壽命、環(huán)保無污染等各種優(yōu)點(diǎn)。在全國(guó)各地特別是以大連、深圳為代表的五大光電產(chǎn)業(yè)基地為代表的示范地區(qū)都取得了如火如荼的發(fā)展。led作為第四代照明光源，具有節(jié)能、環(huán)保、使用壽命長(zhǎng)、耐沖擊、反應(yīng)速度快、體積小等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于一般照明和背光源等領(lǐng)域。由于白光led照明符合綠色照明工程節(jié)能與環(huán)保的要求，在提供巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也產(chǎn)生巨大社會(huì)效益。目前我國(guó)已經(jīng)是世界上最大的光源與燈具生產(chǎn)國(guó)，2009年，中國(guó)的傳統(tǒng)照明企業(yè)近萬家，銷售額超過3000億元，中國(guó)的出口占世界貿(mào)易的30%以上。隨著led技術(shù)的不斷進(jìn)步以及l(fā)ed應(yīng)用的不斷推廣，為了響應(yīng)國(guó)