大功率節(jié)能白光LED燈可行性報告

1、WORD格式大功率節(jié)能白光LED 燈可行性報告一、簡介在當(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)最具有開展前景的高新技術(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、耐沖擊、反響速度快、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)和社會效益，因此開展高效綠色節(jié)能的半導(dǎo)體照明 (SSL) 產(chǎn)業(yè)已是大勢所趨。目前，白光 LED 在照明市場的前景備受全球矚目， 歐、美及日本等先進(jìn)國家紛紛投入大量的人力和財力，成立專門的機(jī)構(gòu)和方案推動白光 LED 研發(fā)工作。如歐盟的

2、“彩虹方案 、美國的“國家半導(dǎo)體照明研究方案以及日本的“ 21 世紀(jì)照明研究開展方案等。我國對 LED 行業(yè)的開展也高度重視，科技部“ 863、“973 方案均立項支持對藍(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、抗震性好、體積小近似點(diǎn)光源、驅(qū)動簡單等種種特點(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 交通信號燈后又一具有廣

3、闊開展前景的產(chǎn)業(yè)，各國政府、研究院及制造商都已經(jīng)意識到這一點(diǎn)并開展了這方面的研發(fā)和推廣工作，我國在十一五半導(dǎo)體照明工程方案支持下也積極開展了 LED 路燈的研發(fā)工作。目前我國已經(jīng)是世界上最大的光源與燈具生產(chǎn)國，2021年，中國的傳專業(yè)資料整理WORD格式1專業(yè)資料整理WORD格式統(tǒng)照明企業(yè)近萬家， 銷售額超過 3000 億元，中國的出口占世界貿(mào)易的 30% 以上。隨著 LED 技術(shù)的不斷進(jìn)步以及 LED 應(yīng)用的不斷推廣，為了響應(yīng)國家節(jié)能減排的號召，促進(jìn)半導(dǎo)體照明事業(yè)的開展，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 LED 路燈的研究與應(yīng)用非常熱，但國內(nèi)真正做的好的企業(yè)不多，本

4、工程抓住這個契機(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，從而帶動行業(yè)與市場的開展。我國是電力生產(chǎn)與消耗大國，其中道路照明占整個照明用電的比重達(dá)到了 25% 30% ，年耗電到達(dá)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，可實(shí)現(xiàn)更高 ，每年就可省電 300 億度！目前國內(nèi)研發(fā)的大多 LED 路燈只是簡單地由多顆 LED 組合成路燈燈具，沒有進(jìn)展合理的配光設(shè)計，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，對半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的良性開展造成了一定的負(fù)面影響。本工程對 LED 路燈的配光運(yùn)用光

5、學(xué)軟件進(jìn)展了科學(xué)設(shè)計，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)光構(gòu)造和原理本產(chǎn)品所采用的白光 LED 發(fā)光構(gòu)造都是利用藍(lán)色 LED 與熒光粉體組合來形成白光，與兩個芯片的白光 LED 發(fā)光構(gòu)造及采用紅、綠、藍(lán)三原色三個 LED 芯片制備的白光 LED 相比，這種用一個芯片的白光構(gòu)造不僅具有制備簡單、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、成專業(yè)資料整理WORD格式2專業(yè)資料整理WORD格式本低廉等優(yōu)點(diǎn)。具體比照情況見表1。表 1白光 LED 的發(fā)光構(gòu)造和

6、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)系的兩種芯片封裝藍(lán)色 LEDInGaN/Y AGInGaN 的藍(lán)光與 YAG 的黃光混合1藍(lán)色 LEDZnSe薄膜藍(lán)光和基板黃光混合紫色 LEDInGaN/ 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構(gòu)造主要分為兩類：第一類是由單顆1W 的藍(lán)光芯片封裝激發(fā)熒光粉，此法構(gòu)造簡單、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 o

7、n 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。 此法工藝相對簡單， 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)熱芯片受熱影響相對小，但是熒光粉仍然老化嚴(yán)重，如圖3：專業(yè)資料整理WORD格式3專業(yè)資料整理WORD格式圖 3集成式封裝工藝二本工程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，可得到面光源，光色一

8、致性好，熒光粉的激發(fā)效率高且不易老化，如圖4。圖 4本項采用的封裝工藝本工程中的 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)計出滿足 LED 路燈、隧道燈等要求的配光曲線透鏡。較早時期的大功率 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，構(gòu)造非常簡單。一般直接選用常規(guī)的路燈外殼、 構(gòu)造件及光輸出角度較大的功率 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

9、 LED 的出光特點(diǎn)和道路照明標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)展 LED 路燈的二次、奇次配光設(shè)計，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圓形光斑，造成在道路方向上的照明角度有限，圓專業(yè)資料整理WORD格式4專業(yè)資料整理WORD格式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(b) 本工程設(shè)計為了滿足對路面亮度和路面照度的要求，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

10、(b) 所示，為長方形的均勻光斑，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)。本工程對 LED 路燈的配光運(yùn)用光學(xué)軟件進(jìn)展了科學(xué)設(shè)計，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)計方法采用光線追跡軟件進(jìn)展仿真， 其根本原理即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，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)計方法，根據(jù) LED 的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

11、面的面型數(shù)據(jù)，再將自由曲面的面型數(shù)據(jù)進(jìn)展CAD 建專業(yè)資料整理WORD格式5專業(yè)資料整理WORD格式模，然后運(yùn)用 MonteCarlo 方法進(jìn)展光線追跡模擬。 該項技術(shù)是本工程最關(guān)鍵的技術(shù)之一。圖 6 自由曲面透鏡的 LED 二次配光在 LED 白光面光源的根底上，本工程通過合理的構(gòu)造設(shè)計，極大提高了產(chǎn)品的穩(wěn)定性，延長了使用壽命和擁有合理的照度設(shè)計。三、市場前景在全球積極節(jié)能的趨勢不變之， 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 ，2021年 LED 路燈超過 1 ，突破 200 萬盞需求。2021年 LED 路燈可望達(dá) 800 多萬盞，滲透率 8.

12、5，假設(shè)以2021年 LED 應(yīng)用于路燈的需求量相較2021年成長率增加至 I78 ，成長率到達(dá)最頂峰階段。2021年全球路燈市場規(guī)漠近 1.81 億盞，2021年估計到達(dá) l.93億盞，平均路燈每年成長率約56左右，近 1200 萬盞，市場規(guī)模已達(dá)飽時期，除了中國市場以外，其它區(qū)域新建路成長空間相當(dāng)有限。雖然中國并非全球最大路燈市場，但根據(jù)中國國家路燈行業(yè)統(tǒng)計，中國道路照明2021年約 2800 萬盞路燈。年成長率1520，相較全球路專業(yè)資料整理WORD格式6專業(yè)資料整理WORD格式燈僅 56 的成長率。中圍1 年新增及更換的路燈選300 400 萬盞，占全球新增路燈 1/3 ，是近年最積極

13、進(jìn)展城市化建進(jìn)的國家。再加上中國當(dāng)?shù)赜袊?yán)重電力供應(yīng)缺乏問題。為了順應(yīng)節(jié)能減碳趨勢，2006 年中國宣布“十一五方案，將半導(dǎo)體照明產(chǎn)品名列為第一重點(diǎn)開展領(lǐng)域，促使中央政府?dāng)U大新建 LED 路燈的需求，以目前中國 LED 路燈市場商機(jī)最為明顯、 規(guī)模最龐大勢，勢必為各家LED 業(yè)者竭力搶攻的區(qū)域雖然在環(huán)保節(jié)能趨勢考慮下，歐美對 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)測試示X早期階段，目前 LED 路燈主要銷售市場集中在中國地區(qū)， 是 LED 路燈市場的重要先驅(qū)， 從 2007 年需求量 30 萬盞，占全球 LED 數(shù)量近 75% ；2021年需求量 60 萬盞，成長高達(dá) 1 倍，

14、占全球 67% ；2021年將突破 100 萬盞，到達(dá) 140 萬盞，占全球比例達(dá) 55% 。2021、2021年中國 LED 路燈數(shù)量預(yù)估為 250 萬盞及 500 萬盞，市場占有率分別占 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。本工程產(chǎn)品“新型大功率節(jié)能白光LED 路燈其長壽命、高光效、多光色及一次配光定向照射功能，能實(shí)現(xiàn)0 100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)計合理，滿足道路照明標(biāo)準(zhǔn)要求，技術(shù)到達(dá)國內(nèi)同行業(yè)的領(lǐng)先水平，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。四、投資效益分析（ 1投資效益分析在國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)開展的

15、大環(huán)境和背景下，單純的利潤額、投入產(chǎn)出專業(yè)資料整理WORD格式7專業(yè)資料整理WORD格式比的上下并不能作為衡量工程獲利方式優(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)生的社會效益也不容無視。與同類產(chǎn)品相比，工程產(chǎn)品所具備的比較優(yōu)勢以及公司針對其特性設(shè)計的工程進(jìn)度安排和工程實(shí)施方案保證了工程產(chǎn)品取得了經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的雙贏。工程產(chǎn)品的具體獲利方式如下： 銷售標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，獲取營業(yè)收入。公司通過多種宣傳、營銷手段不斷開拓市場，挖掘潛在客戶，并對現(xiàn)有的意向客戶進(jìn)展穩(wěn)固和維護(hù)來實(shí)現(xiàn)工程產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品銷售，從而獲得工程產(chǎn)品的銷售利潤；銷售配套硬件，獲取差價，增加企業(yè)的盈利能力。逐步與其他硬件開發(fā)商結(jié)

16、成戰(zhàn)略同盟，在銷售工程產(chǎn)品的同時，附帶銷售相關(guān)配套硬件，獲取硬件的差價，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)計及運(yùn)行中的缺乏之處根底上，進(jìn)一步加以改進(jìn)和完善其功能；驗證產(chǎn)品的穩(wěn)定性、可靠性和平安性。完善產(chǎn)品質(zhì)量保障體系，完成產(chǎn)品說明書、用戶使用手冊等相關(guān)文件，建立售后效勞流程。作好市場營銷工作，完成營銷網(wǎng)絡(luò)建立。本產(chǎn)品近期主要以客戶所在的*市場為銷售對象，發(fā)揮公司在*市場的區(qū)域優(yōu)勢，迅速搶占上述相關(guān)市場，同時不斷把產(chǎn)品推向*、*等新能源節(jié)能產(chǎn)品應(yīng)用示X重鎮(zhèn)。預(yù)計實(shí)現(xiàn) 1000015000 件/年銷售量，工程預(yù)計累計銷售收入 380 萬元，累計凈利潤 95.6 萬元，累計繳稅總額 31

17、.5 萬元，新增就業(yè)人數(shù) 15 人。（ 2社會效益分析在當(dāng)今能源緊缺的現(xiàn)狀下，在環(huán)保節(jié)能已經(jīng)成為一種共識的背景中，在國家大力倡導(dǎo)并高度重視LED 事業(yè)開展的情況下，大功率LED 以其節(jié)能、長壽命、環(huán)保無污染等各種優(yōu)點(diǎn)。在全國各地特別是以*、*為專業(yè)資料整理WORD格式8專業(yè)資料整理WORD格式代表的五大光電產(chǎn)業(yè)基地為代表的示X地區(qū)都取得了如火如荼的開展。LED 作為第四代照明光源，具有節(jié)能、環(huán)保、使用壽命長、耐沖擊、反響速度快、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，也產(chǎn)生巨大社會效益。目前我國已經(jīng)是世界上最大的光源與燈具生產(chǎn)國，2021年，中國的傳統(tǒng)照明企業(yè)近萬家， 銷售額超過 3000 億元，中國的出口占世界貿(mào)易的 30% 以上。隨著 LED 技術(shù)的不斷進(jìn)步以及 LED 應(yīng)用的不斷推廣，為了響應(yīng)國家節(jié)能減排的號