节能高效大功率白光LED封装新技术的开发项目可行性研究报告.doc
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1、节能高效大功率白光LED封装新技术的开发项目可行性研究报告深圳市同瑞半导体照明有限公司2006年10月目 录一、总论3二、申报单位情况31. 申报单位基本情况32. 单位人员及开发能力论述33. 企业财务经济状况44. 企业管理情况55. 企业发展思路6三、项目技术可行分析81. 项目的技术创新性论述8(1) 项目产品的主要技术内容及基础原理8(2) 项目产品的技术创新点论述9(3) 项目产品的主要技术性能指标12(4) 项目知识产权情况介绍132. 技术成熟性和项目产品可靠性论述13四、项目产品市场调查和需求预测151.项目产品的市场概述15(1)项目产品的市场规模15(2)项目产品的市场需
2、求程度15(3)项目产品的经济寿命周期162.项目产品的主要生产厂家等173.项目产品的市场竞争能力17五、项目实施方案191. 技术方案论述19(1)项目技术路线19(2)项目产品化实施计划19(3)项目产品生产工艺流程202. 特殊行业许可证报批情况21六、新增投资估算、资金筹措221. 新增投资估算222. 资金筹措23七、经济、社会效益分析241. 生产成本和销售估算242. 财务分析253. 社会效益分析274. 项目的风险性及不确定性分析275. 盈亏平衡与敏感性分析28(1)盈亏平衡分析28(2)、敏感性分析29八、项目可行性研究报告编制说明301. 可行性研究报告编制单位302
3、. 可行性研究报告编制者30一、总论采用高透光率和高折射率的硅胶做透镜,去掉常用封装结构中硅胶透镜界面,减少光的二次折射和反射损失,可提高出光效率10%以上。改变将荧光粉涂覆于芯片表面的传统工艺,将其涂覆于透镜内表面,能降低荧光粉的衰减速度,提高LED使用寿命1500小时以上。节能、高效、高亮度和长寿命的大功率白光LED,可替代传统照明灯具,广泛应用于照明领域。二、申报单位情况1. 申报单位基本情况单位名称:深圳市同瑞半导体照明有限公司法定地址:深圳市南山区西丽镇众合兴二栋二楼注册时间:2006年6月注册资金:200万元人民币单位类型:有限责任公司主管单位: 无2. 单位人员及开发能力论述法定
4、代表人:董事长耿滨,南京航空航天大学直升机設計专业1982年硕士研究生毕业,先后任航空航天部景德镇直升机设计研究所助理工程师,深圳金粤幕墙装饰工程有限公司技术部经理、副总工程师,美国通用电气公司有机硅中国/香港地区技术及市场经理,北方国际合作股份有限公司技术顾问,深圳市同瑞半导体照明有限公司董事长等职。耿滨先生是我国改革开放初期毕业的硕士研究生,具有扎实的技术理论基础和丰富的市场运作经验,他创新意识强,开拓精神强,曾荣获深圳市政府颁发的1994年度科技进步一等奖,主持编写了中国第一部幕墙行业标准建筑玻璃幕墙-隐框玻璃幕墙标准,参与了建筑幕墙标准规范汇编一书的编写工作。现为中国建筑装饰协会专家组
5、幕墙工程委员会专家组专家和“中国建筑装饰奖”评审专家,多次荣任评奖项目复查组组长,其丰富的装饰行业经验对公司在半导体装饰照明领域的技术开发和市场开拓等方面发挥了重要的指导作用。出于对环境保护型建筑装饰行业良好前景的认知,于2006年邀集陈坚等人投资设立同瑞公司,现为公司股东。主要负责人:总经理张双益,华中科技大学材料科学与工程系1986年本科毕业、1991年硕士毕业,1999年华南理工大学机电工程系博士研究生毕业,2003年中科院半导体所博士后流动站和深圳市工作站获博士后证书。先后在江西方大福科信息材料有限公司、深圳市方大国科光电技术有限公司、深圳沃科半导体照明有限公司、深圳市方大自动化系统有
6、限公司任副总经理、总经理。2006加盟深圳市同瑞半导体照明有限公司任总经理。张双益先生长期从事半导体照明产业的技术研究、产品开发和企业管理工作,博士后研究课题为LED芯片制造的关键技术Ni/Aup-GaN欧姆接触和LED芯片可靠性、老化机理,曾组织领导了GaN基半导体材料与器件(外延片、芯片和LED)及其应用产品(显示屏、彩显幕墙、管状灯、射灯、台灯等十余种)的开发和生产工作,组织领导了方大半导体产业照明产业二期建设规划,主持开发的LED全彩管状灯、LED七彩拼花地埋灯荣获2003年度深圳市优秀照明新科技和新节能产品奖,负责设计建造的“上海市花旗集团大厦LED彩显幕墙系统工程”获得首届国家半导
7、体照明工程创新大赛“LED产品工程应用设计”大奖,为其所领导的企业创造了良好的经济效益与社会效益。现为深圳市照明学会高级专家。项目技术负责人:总经理张双益,总经理张双益,华中科技大学材料科学与工程系1986年本科毕业、1991年硕士毕业,1999年华南理工大学机电工程系博士研究生毕业,2003年中科院半导体所博士后流动站和深圳市工作站获博士后证书。先后在江西方大福科信息材料有限公司、深圳市方大国科光电技术有限公司、深圳沃科半导体照明有限公司、深圳市方大自动化系统有限公司任副总经理、总经理。2006加盟深圳市同瑞半导体照明有限公司任总经理。张双益先生长期从事半导体照明产业的技术研究、产品开发和企
8、业管理工作,博士后研究课题为LED芯片制造的关键技术Ni/Aup-GaN欧姆接触和LED芯片可靠性、老化机理,曾组织领导了GaN基半导体材料与器件(外延片、芯片和LED)及其应用产品(显示屏、彩显幕墙、管状灯、射灯、台灯等十余种)的开发和生产工作,组织领导了方大半导体产业照明产业二期建设规划,主持开发的LED全彩管状灯、LED七彩拼花地埋灯荣获2003年度深圳市优秀照明新科技和新节能产品奖,负责设计建造的“上海市花旗集团大厦LED彩显幕墙系统工程”获得首届国家半导体照明工程创新大赛“LED产品工程应用设计”大奖,为其所领导的企业创造了良好的经济效益与社会效益。现为深圳市照明学会高级专家。公司管
9、理和技术人员均受过较好的专业教育和培训。其中,有博士后证书和博士学位的1人,硕士学位或硕士研究生学历的2人,本科学历的2人,专科学历的1人;高级职称的2人;具有材料学、半导体、应用电子、光学专业知识背景的各1人,具有机械设计制造及自动化专业知识背景的2人。2635岁3人,3645岁3人。公司现有员工20人,平均年龄32岁以下。管理、技术开发、生产、销售人员比例为1:2:6:1。公司现已设立技术部,负责新产品开发工作,投入开发费用近20万元,开发出了新型防水结构的管状灯、常规结构的2W大功率LED等新产品。3. 企业财务经济状况公司成立于 2006年6月,注册资金全部到位,在浦东发展银行红荔支行
10、开立基本结算账户,无不良记录和或有负债,企业目前财务状况为:项 目2006年9月30日总资产(万元)总负债(万元)固定资产总额(万元)总收入(万元)销售收入(万元)产值(万元)净利润(万元)流动比率速动比率总资产报酬率净资产收益率交税总额(万元)公司今后三年的财务预测: 项 目2006年2007年2008年销售收入(万元)净利润(万元)交税总额(万元)4. 企业管理情况同瑞公司实行董事会领导下的总经理负责制,按照简单、高效的管理原则设立研发部、生产部、营销服务部、行政财务部等职能部门。为实现以人为本的企业目标,创造团结奋进的企业文化,公司建立了一套完整的激励机制,保证了管理人员、科研人员等核心
11、成员的合理收入,调动和鼓励科技人员开发新产品的积极性。企业还建立了完整的财务管理体系,建立健全了各项企业管理制度,实行行之有效的企业管理条例,按照IS09001-2000质量体系的标准要求健全完善质量保证体系。序号股东名称股东出资额(万元)出资形式1.陈 坚80现金2.杨汉邦80现金3.耿 滨20现金4.高 俊20现金公司性质属有限责任公司,产权明晰。公司股东及所持股份比例如下:5. 企业发展思路作为刚起步的中小企业,同瑞公司根据国家产业政策、自身技术实力确定的企业发展思路为:以市场为导向,以质量为中心,在高素质人才、高品质研发、大规模生产和科学管理的保障下,提升企业核心竞争力,全力开发、生产
12、和销售节能、高效的大功率白光LED、太阳能驱动的LED及其照明应用产品,进一步拓展应用领域,加大国外市场开拓力度,充分挖掘国内外市场潜力,提高经济效益,让“同瑞”品牌走向世界,服务全球。三、项目技术可行分析1. 项目的技术创新性论述(1) 项目产品的主要技术内容及基础原理半导体照明具有高效、节能、环保、长寿命、免维护等优点,但因其发光效率和光通量、亮度尚未达到可替代日光灯的水平,无法广泛应用于通用照明。大功率白光LED的发光效率主要取决于芯片的发光效率和封装的出光效率。而封装的出光效率又与封装的材料、结构、工艺等因素密切相关,它们决定了LED的光学特性、光损耗以及散热条件等。目前获得白光LED
13、最主要的方法,是在蓝光LED芯片上涂覆铈激活的YAG荧光粉(钇铝石榴石),荧光粉受芯片发出的蓝光激发后发出波长为540nm560nm的黄绿光,黄绿光与蓝色光合成为可见白光。常见大功率白光LED的封装结构见下图。图1 大功率白光LED外形图根据光的折射定律,光线从光密介质入射到光疏介质时,当入射角大于或等于临界角时,会发生全反射。对GaN基蓝光LED芯片来说,GaN的折射率为2.3,当光线从晶体内部射向空气(折射率为1)时,临界角约为25.8度。在这种情况下,能射出的只有入射角在25.8度以内的空间立体角内的光。其它的光经多次反射后被晶体内部吸收。因此,目前GaN基蓝光LED芯片的外量子效率只有
14、30%40%左右。同样的道理,芯片发出的光要穿过封装材料才能传送到空间。为了提高LED的出光效率,必须选用折射率和透光率都较高的封装材料。同时,为了提高出射光的比例,封装的外形最好是拱形或半球形,这样光线从封装材料射向空气时,几乎是垂直射到界面,不会产生全反射。图2 传统大功率白光LED封装结构示意图在图2所示的封装结构(芯片硅胶透镜)中,除荧光粉外,有三种异质材料:芯片、硅胶、透镜(EP、PC或PMMA等),两个光学界面:即“芯片硅胶”界面和“硅胶透镜”。LED芯片发出的光每经过一个界面都会发生折射和反射。这就增加了光的损失,降低了出光效率。此外,大功率白光LED芯片的老化会降低LED的发光
15、效率和光通量、亮度,透镜材料的老化会减小其透光率,荧光粉老化不但降低激发效率,降低LED的发光效率和光通量、亮度,还会导致激发产生的黄绿光减少,影响白光LED的色温和色坐标。荧光粉的老化固然与其晶格缺陷有关,但温度的升高会加速其老化进程。常用封装结构中,荧光粉直接涂覆于LED芯片之上,芯片产生的热量直接促进荧光粉的老化。此外,直接涂覆于芯片之上的荧光粉还会因热应力的作用而导致堆积密度下降,粉层变得更疏松,粉粒之间热接触性变差,致使散热速度降低,局部温度升高,更加速了荧光粉的老化。综上所述,对于发光效率(内量子效率)一定的芯片来说,欲提高其封装后大功率白光LED的光通量和亮度,唯一有效的方法是提
16、高其出光效率(外量子效率),即选用高透光率(99%)和高折射率(1.541)封装的材料,改进封装结构和光学光路,减少光的二次折射和反射损失,改善散热性能以及优化封装工艺等。(2) 项目产品的技术创新点论述根据上述原理,在对传统的封装结构和工艺进行深入研究的基础上,项目产品的技术创新点体现在以下两个方面:1、直接选用高透光率(99%)和高折射率(1.541)的硅胶做透镜,减少一种异质材料,去掉了常用封装结构“芯片硅胶透镜”中的硅胶透镜界面,从而减少光的二次折射和反射损失,可提高出光效率10%以上。产品结构示意图如下:图4 大功率白光LED封装结构示意图(硅胶透镜)2、改变将荧光粉涂覆于芯片表面的
17、传统工艺,而采用在透镜内表面涂覆荧光粉的新方法,可降低热量和热应力对荧光粉的影响,减缓荧光粉的衰减,从而降低LED的衰减速度,提高大功率白光LED的使用寿命1500小时以上。采用高透光率和高折射率的硅胶做透镜的关键技术主要在于:(1)选用合适的硅胶及添加剂;(2)透镜的形状和光学特性;(3)透镜的制作工艺。目前,国内外多家公司都在致力研制和生产用于LED封装的高透光率和高折射率的硅胶(透光率和折射率分别达到了99%和1.541),添加剂的作用主要是改善混色效果,降低硅胶的老化速度。透镜的形状和光学特性对LED的性能有重要影响,将根据LED的性能要求(包括发光角度)进行设计,并充分提高出光效率。
18、在透镜内表面涂覆荧光粉的关键技术主要在于:(1)荧光粉与硅胶混合液的配制;(2)荧光粉硅胶混合液的涂覆工艺。具体要求是根据LED芯片的发光波长和发光强度配制荧光粉与硅胶混合液,并适量、均匀涂覆于透镜内表面。附科技查新报告(3) 项目产品的主要技术性能指标项目产品本项目研制的大功率白光LED,较之于采用传统方法制作的大功率白光LED,可提高出光效率10%以上,提高大功率白光LED的使用寿命1500小时以上。目前国内外小批量销售的大功率白光LED中,光效较高的一般在4050lm/W之间,开发阶段的大功率白光LED,光效较高的一般在5070lm/W之间,也有突破70lm/W的报道。本项目选用美国el
19、ite芯片制作的大功率白光LED,初步试验表明,光效可达60lm/W以上,千小时衰减率小于8%。项目产品的主要性能指标与国内外同类产品对比表单位名称 中国 美国库尔特产品型号线性范围0.4-91.30.0-99.90.0-99.90.23-7.70.00-9.991.40-7.002.0-2290.0-2504.0-25050-20040-15050-1503.3-9990.0-9990.0-999精度(CV%)52331.5221.5220.521047(4) 项目知识产权情况介绍项目产品本项目将采用自有技术、独立开发,具有完全的自主知识产权。完成后,可在透镜材料、透镜设计、荧光粉涂覆工艺方
20、面申请3项实用新型专利。由此产生的全部知识产权均属于深圳市同瑞半导体照明有限公司。2. 技术成熟性和项目产品可靠性论述项目产品本项目是对公司现有生产技术的提升和深度开发,具有成熟的理论基础、可行的技术方案以及经验丰富的开发人员,现正处于开发阶段,可实现预定目标。本项目产品节能高效大功率白光LED是全固态光源,具有节能、环保、高效、安全、长寿命等优点,是继白炽灯、日光灯之后的新一代光源。综上所述,项目产品以自主技术研发为基础,综合运用成熟技术,依靠技术创新达到国内领先的技术指标,不仅通过了国家管理职能部门的严格审核,还获得了国际同行的认同,产品的技术成熟性和可靠性已得到验证。四、项目产品市场调查
21、和需求预测1.项目产品的市场概述 (1)项目产品的市场规模本项目产品节能高效大功率白光LED是全固态光源,具有节能、环保、高效、安全、长寿命等优点,是继白炽灯、日光灯之后的新一代光源,可广泛应用于装饰照明和通用照明领域。LED从诞生至今,以每10年亮度提高30倍,价格下降10倍的“Haitz”定律快速发展。随着白光LED的问世,LED的应用便由显示和指示领域向照明领域扩展。人们认为半导体光源进入照明领域如同晶体管取代电子管一样,是破坏性技术创新,必将引发继白炽灯、荧光灯之后照明领域的又一次飞跃。白光LED亮度和功率的每一次提高,都进一步扩展了它的应用范围。从2000年开始,功率型LED已被用于
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