光电保护控制

目前 我国半导体LED作为节能、环保的主要技术 已被纳入国家中长期科技发展规划与“十一五”国家“863”高新技术产业化重大项目 并得到了大力支持。

然而 我国目前LED 产品开发应用领域依然存在许多不足。

我国自主的LED芯片、外延片产量仍有限 产品以中、低档为主 与国外差距很大。

产业化规模偏小 只能满足国内封装企业需求量的20%-30% 大部分高性能的LED和大功率LED产品均要依赖进口。

此外 在LED的应用市场方面 也存在着由于产品种类、品种参差不齐问题而引起的制约 尤其是在通用照明领域 由于存在的技术不足 使其无法进行规模化普及应用。

因此 推广对LED封装技术的发展力度 提升自身核心技术并实现规模量产是LED产业发展的最关键一步。

一、LED 照明产业发展趋势与分析 1.大功率的高亮LED增势迅猛 逐渐成为主流产品2008年 全球LED市场规模达到80亿美元 所占整个LED产品的市场比例由2001年的40 增长到2005年的70 以上 其中高亮度LED在1995-2004年间的年均增长率达到46 。

美国市场研究公司Communications In-dustry Researchers CIR 预测 全球LED的市场规模年均增长率超过30 2009年市场规模将超过100亿美元。

近年来 随着LED在照明、小尺寸面板背光源以及室内照明等新应用领域逐渐扩展 高亮度LED过去数年一直处于高速增长阶段 在LED中的比重将逐步加大 已成为LED主流产品。

2.通用照明实现技术突破 照明升级工程产业机会巨大通用照明占照明领域的90 的市场份额。

半导体照明作为继白炽灯、荧光灯、节能灯后 具有革命性意义的第四代新型高效固体光源 具有寿命长、节能、绿色环保等显著优点。

但目前LED的应用领域主要在特种照明 目前美国、日、韩、欧洲、中国及台湾在LED科技攻关方面都已启动专项国家规划 如果用于通用照明的技术一旦成熟 将面临一个对500亿美元照明市场份额的重新瓜分 因此照明升级工程产业机会巨大。

3.中国LED照明产业应该向封装高档产品和光源产品升级方向努力在LED领域 主要有三个环节 即发光半导体外延片的生长、芯片和封装。

目前国内三个环节都有 在中低端的应用领域还有一定基础。

但是在关键环节 尤其是外延片的生长环节 与世界一流水平还有较大的差距。

3.1必要性目前我国的产业优势主要在封装 从封装产值区域分布来看 我国在2008年封装产值约25亿美元 已经超越日本、台湾成为全球最大的封装地区 并具备市场与技术核心竞争能力。

但是国家和政府对此的重视却不多 如果台湾和日本等国家地区从经济危机中缓解或走出 随时可能会形成日本独大、台湾地区与美国齐进、欧韩中“平分秋色”的分布格局 我们将再一次失去主导权和先机。

因此我们应在已有的产业优势上升级 向封装的高档产品努力 同时在通用照明技术方向上多下功夫 突破LED产业的技术专利壁垒 培育新兴市场的竞争优势。

(1)目前国家对于整个LED产业链的重点工作放在上游外延、芯片及下游灯具应用这两部分。

上游投资陆续资金已经很大 但是收效甚微 反而与国际上游龙头的差距越来越大。

下游产品又因为产品质量问题 参差不齐 难以保证稳定的长寿命使用效果。

这样会造成使用者对我国LED产品产生怀疑并多持保守和负面的态度。

这样各方面的意见反馈到政府领导 然后国家才重视整顿LED市场 最后的结果又是一次“叫停” 导致需要国家花费大量的人力和资源 引进国外龙头企业的先进封装技术来指导国内的下游产品 这样我们将又一次失去与对整个LED行业的话语权 国内的市场渠道也会以OEM等形式被占领。

2)到现在为止 因为四大龙头企业 CREE、PHILPS、OSRAM、日亚化工 各有不同的技术路线和专利垄断保护 以及其封装技术的不成熟等原因 所以目前整个行业内尚未有一个关于LED光源的标准。

如果我们先进的LED光源企业和单位 尤其是具有核心技术先进性的大功率LED光源企业和单位 在政府的支持和推动下 组织科研人员 对此进行全新的技术标准的设计与制定 坚持科学实践和创新发展的基本原则 将会在全球LED行业至少是中上游这一块取得实质性的突破。

如果能在国际上参与和指导最后国际标准的制定 将会是中国科学技术力量继航天科学技术之后又一次的科学创举 从而直接使我国在LED
行业的国际影响力得到根本认识的改观 达到一个新的高度。

二、大功率LED光源的核心技术与优势LED一般上来说是由外延片-芯片-光源-灯具的四个环节组成 在LED产业中下游应用上关键点是怎么解决热阻和结温等关键问题的前提条件下 保持芯片稳定的有效光输出。

一直以来 LED光源的一般照明应用中存在着光源的高导热金属材质问题、应用的热平衡问题、长效荧光粉问题和配光问题等四个核心技术瓶颈 核心技术1 高导热金属材质目前上游龙企业 比如CREE已经可以做到的芯片光效可以达到130-150lm/W。

但是LED结温高低直接影响到LED出光效率、器件寿命、可靠性、发射波长等。

保持LED结温在允许的范围内 是大功率LED芯片制备、器件封装和器件应用等每个环节都必须重点研究的关键因素 尤其是LED器件封装和器件应用设计必须着重解决的核心问题。

现在主流的应用技术材质是用铝基板来封装 但是铝基板封装的芯片散热和光转换效率都存在技术核心瓶颈 不能有效地控制结温和稳定地维持高功率的光输出 并且应用会因为芯片光效越高 所需的铝基板面积就越大 会加大成本和应用体积 极为不便。

所以如何走出此误区另辟新路是新的技术核心特点。

当前LED在照明领域还面临一些问题。

它之所以能够引起人们的高度关注 主要是因为它在节能、环保、长寿、可使用安全低电压点燃及造型多样性等方面的特点是传统灯具无法比拟的 可是目前市面上的LED照明产品由于受其使用的材料、制造工业及成本等因素限制 不能充分展现这些特点。

这些产品即旁且杂。

按使用环境来区分主要有户外和户内灯具 例如在户外灯具上主要有 路灯、景观灯、建筑用射灯、汽车灯、洗墙灯、泛光灯等 户内灯具主要有PAR灯系列、GU 5.3、10 MR16)系列、日光灯系列 以T8为主 、烛形灯系列、筒灯系列、嵌灯系列、壁灯、天花灯、幕墙等、轨道灯等等。

按出光方向又可分为定向灯和非定向灯。

然而遗憾的是 不管这些灯具从外形还是用途上看 我们都能找到传统灯具的影子。

换言之 在目前的照明领域 LED还没有给自己定位 没有完全属于自己东西。

这严重影响了LED在照明领域的发展。

在技术方面LED也面临一些难题。

例如散热 据相关研究和多年工作总结 目前 一款好的光源设计可使电-光转换效率达到30%左右。

但仍有70%的电能转换成热能。

拿一个5W的LED球泡灯为例 假设驱动的效率是80% 那么光源就得到4W的功率 按30%的电-光转换效率 仍然有2.8W的电能转换成热能 加上前面驱动板的约1W的损耗 一个5W的球泡灯就要产生3.8W的热能。

这就是我们设计的LED灯具温升居高不下的主要原因。

技术发展趋势1 针对LED的特点开发一系列恒压恒流控制电子电路 利用集成电路技术将每颗LED的输入电流控制在最佳电流值 使得LED能获得稳定的电流 并产生最高的输出光通量。

LED驱动电路在输入电压和环境温度等因素发生变动的情况下最好能控制LED电流的大小。

2 LED 驱动电路具有智能控制功能 使LED的负载电流能够在各种因素的影响下都能控制在预先设计的水平上。

当负载电流因各种因素而产生变化时 初级控制IC可以通过控制开关使负载电流回到初始设计值上。

3 在控制电路电路设计方面 要向集中控制 标准模块化 系统可扩展性三方面发展。

4 在目前LED光效和光通量有限的情况下 充分发挥LED色彩多样性的特点 开发变色LED灯饰的控制电路。