陜西省半導(dǎo)體照明工程中心

1、陜西省半導(dǎo)體照明工程中心技術(shù)總監(jiān) 王鴻麟教授半導(dǎo)體照明技術(shù)發(fā)展概況白光發(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，部分少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合后，會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（Light Emitting Diode）。實驗表明，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

2、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)光強度達(dá)到或超過100MCD的LED）已廣泛應(yīng)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(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。半導(dǎo)體照明燈的主要優(yōu)點 國家經(jīng)貿(mào)委等13個部門組織實施的旨在節(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，填補了國內(nèi)國外在該項目

3、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(dá)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(nèi)控制電路采用高質(zhì)量設(shè)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(yuǎn)遠(yuǎn)低于LED燈的壽命。由于LED燈的壽命很長，不需要經(jīng)常更換，因此可大大節(jié)省維護(hù)費用。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

4、-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(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

5、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(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、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，長期視覺疲勞會損傷人的視覺系統(tǒng)。LED照明燈采用恒定直流電流驅(qū)動，不會產(chǎn)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(yīng)的危害性極大。顯色性能好 不會產(chǎn)生色偏 顯色性表示光對顏色的還原程度。在顯色

6、性較低的燈光下（一般日光燈顯色指數(shù)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(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)體照明燈的應(yīng)用半導(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)常加酸補液，維護(hù)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(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，將產(chǎn)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

7、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。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，需切斷

8、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，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(xiàn)不斷電應(yīng)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(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，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)省的電費和維護(hù)費即可補償一次性投資。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個縣約1.2億人口

9、沒有用上電。為了實現(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(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。該系統(tǒng)受到陜西省農(nóng)電局和陜西電力公司等單位的領(lǐng)導(dǎo)和專家的高度重視，準(zhǔn)備作為“村村亮工程”的首選產(chǎn)品。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。 室內(nèi)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(nèi)照明燈具有一定的困難。本公司采用多層LED陣列特殊結(jié)構(gòu)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(qū)動器模塊可滿足很寬的輸入電壓要求（交流和直流24V280V），可適