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LED生産工藝過程與燈珠參數關系

 LED(Light-Emitting Diode)是發光二極管的簡稱,它是由半導體材料制造出來的,它有一個正極和一個負極,在它的正負極施加直流電就會發光,從1907年開始,到1993年,LED經曆86年曆史,LED技術的應用大體分爲視覺類與非視覺類,視覺類的應用有LED照明技術,非視覺類有植物光合與醫療保健。

 

 

LED工藝過程:

    LED燈珠的整個生産過程,分爲外延片生産、芯片生産、燈珠封裝,整個過程體現了現代電子工業制造技術水平,LED的制造是集多種技術的融合,是高技術含量的産品,對于照明用途的LED的知識掌握也需要了解LED燈珠是如何生産出來的。

1、LED外延片生産過程:

    LED外延片生長技術主要采用有機金屬化學相沉積方法(MOCVD)生産的具有半導體特性的合成材料,是制造LED芯片的原材料,下圖是采用藍寶石襯底的外延片生産過程:

2、LED芯片生産過程:

    LED芯片是采用外延片制造的,是提供LED燈珠封裝的器件,是LED燈珠品質的關鍵,下圖是LED芯片生産過程:

3、LED燈珠生産過程:

    LED燈珠的封裝是根據LED燈珠的用途要求,把芯片封裝在相應的支架上來完成LED燈珠的制造過程,LED封裝決定LED燈珠性價比,是LED燈具産品的品質關鍵,下圖是LED封裝過程:

從上面描述的LED從材料到燈珠的生産過程可以看出:

    LED的制造是複雜與高技術含量,在這個過程中,只要一個環節出問題,LED燈珠就失去品質性能,在整個工藝過程,同一批原材料會由于生産過程的非工藝原因導致封裝的成品有不同的品質,從外觀無法分辨;

    封裝的燈珠通過分光篩選成不同質量的燈珠,這些燈珠基本上由價格的差異進行銷售,殘次品都可以按重量銷售,LED市場的這種現象導致LED燈具産品的價格會相差很大。

白光燈珠的參數關系:

    關于基本的光電參數,如光通量、光強度、光照度、亮度(輝度)、輻射功率、色溫、顯色性等,就不在這裏介紹,我們需要重點了解這些參數之間的關系。

    LED燈珠的品質鑒定需要做光譜分析與光電分析,如果品質要求嚴格,還需要通過LM79和LM80測試,生産廠需要完成LED燈珠品質評估後才能批量生産,銷售者一定要求生産廠提供LED燈珠品質評估報告才能提供對客戶的承諾。

 

    LED燈珠品質評估是建立産品信用的主要方法。LED燈珠品質評估可以在第三方測試網店進行。下面談談這些基本參數的相關關系。

與光通量相關的參數

    光通量是衡量發光明暗的參數,光通量越大,表示燈珠越明亮,准確的光通量需要專業光學儀器測試,影響LED燈珠光通量的參數有:

    1)芯片面積大小,在相同電流下,芯片面積越大,光通量越高,芯片尺寸是用英制mil表示,1mil=0.0254mm。

    2)通過芯片的電流大小,在相同芯片面積下,通過的電流越大,光通量越高,LED屬于電流器件,規定有額定電流,不能隨意增大,如2835封裝的電流標稱是60毫安。

    3)芯片輻射功率的大小,相同尺寸的芯片,也有輻射功率的等級區分,輻射功率值越大,光通量越高。

    4)與封裝材料與封裝工藝有關,封裝材料包括:熒光粉、膠水、支架、芯片焊線材料等,封裝工藝就是指封裝設備精度與設備性能對封裝質量的影響,封裝材料越好,封裝設備越高級,封裝後的LED燈珠光通量也越高。

    5)工作溫度越高,光通量越低,工作溫度越高,LED器件越容易損壞。

與發光效率相關的參數

    發光效率是衡量光源是否節能的指標,單位是每瓦流明值(lm/w),表示每消耗1瓦的電能可以産生多少光通量,這個數值越高,越節能,LED照明之所以替代熒光燈、白熾燈,就是因爲LED光源光效高于傳統光源2-10倍。

   根據能量守恒定律,發光效越高,說明電能轉化光能越多,轉化的熱量越小,影響光效的參數有:

   1)影響光通量的參數都影響光效,光通量越高,光效越高。

   2)驅動電流也影響光效,相同封裝規格的燈珠,驅動電流越小,發光效越大。

   3)LED的PN結電壓越低,發光效越高。

   4)封裝的散熱結構越有效,發光效越高。

   5)工作溫度越高,燈珠的發光效率越低。

與燈珠壽命相關的參數

    通常,半導體電流器件的工作溫度都決定器件的壽命,我們常常看到電子設備內大功率晶體管都固定在率散熱器上,LED燈珠的壽命也主要取決于工作溫度,燈珠的壽命一般可以表達爲燈珠失效(不亮)與光衰(光通量降低)。

    影響LED燈珠壽命的主要因素是光衰,光衰用光通量維持率表示,通常在質保期內,光衰減不能低于初始光通量的30%,與燈珠壽命相關的參數有:

    1)環境溫度與工作溫度,在相同散熱條件下,環境與工作溫度越高,燈珠壽命越短。

    2)驅動電流越小,燈珠的壽命越長。

    3)封裝材料品質越好,燈珠壽命越長。

    4)散熱結構的效率越高,燈珠壽命越長。

    5)芯片與封裝的靜電防護級別越高,燈珠壽命越長。

與色溫、顯色指數相關的參數

    白光的光色是用色溫表示的,單位是絕對溫度K(開爾文),白光LED的色溫是基于布朗克曲線(圖中的橫向黑線)進行劃分的,由于每個光源的色坐標XY值不一定落在布朗克曲線上,通常使用相關色溫(CCT)表示。

    CCT值是色坐標XY點與布朗克曲線垂直投影點,LED色溫分布如下圖所示:

人造白光對物體自然顔色的還原能力用顯色指數CRI(Color Rendering Index)衡量,這個方法采用中等明度值和彩度的對比來確定CRI.

    把R1至R8求平均值就是平均顯色指數(Ra),CRI測試常常是R9甚至過低,有時會出現負值,這說明LED産生的白光缺少紅光輻射,R9數值低會影響R1-R8,導致Ra的平均值降低,對于暖色溫範圍,Ra衡量LED光源的顯色性是可行的,對于高色溫範圍的LED光源,Ra衡量顯色性會有一定失真。

    由于國家標准規定使用Ra判斷顯色性,我們只能夠使用這個參數做參考,色溫在4000K以上的白光,不要過分依賴Ra評估顯色性,應該采用相同色溫的視覺對比,這樣對比的實際可操作效果優于依賴測試Ra,當然,對于專業人士,從R1-R15的數值就可以得出結論了。

    白光的色溫與顯色性是衡量照明品質的主要指標,同一批次封裝的燈珠的色溫的一致性都會有差別,需要分色後才能使用,色溫主要考察一致性與色溫的飄移,對于顯色性,要求至少達到65以上才能用在照明,影響燈珠色溫與顯色性的參數有:

    1)熒光粉品質與配比,熒光粉品質越好,色溫一致性越好,色溫漂移越小,熒光粉配比越科學,顯色性越好。

    2)驅動電流越大,色溫會向高色溫漂移。

    3)熒光粉品質越差,色溫越容易漂移,光衰也很容易發生。

    4)工作溫度也影響色溫漂移。

    5)芯片品質越差,色溫一致性也越差。

    6)相同材料與封裝工藝的産品,高色溫(如6500K)的一致性較容易做好,低色溫(如3000K)需要色溫分段更小。

    LED照明産品受LED燈珠的選擇影響較大,在制造與銷售LED照明産品時,要更加注重LED燈珠的品質鑒別,LED照明産品一般是由多個LED燈珠組成,這種組成有時會把燈珠的不良品質模糊化,産品制造者需要從燈珠的參數分析著手,鑒別出産品的品質內涵,最大程度的降低經營風險。

燈珠的價格問題

    燈珠的價格問題的討論是最讓人感興趣的,對于LED燈珠采購,通常得到的報價是每個燈珠多少錢,不同的封裝價格也不同,不同的供應商報價差異性會導致選擇的困惑,再加上相同封裝但不同封裝材料導致燈珠價格有差異,那麽如何購買到價格好的燈珠呢?

    下面這個方法,大家可以試一下,看看效果怎麽樣。

    1)首先要按照封裝規格的電流進行燈珠的光譜測試,同時需要測試出燈珠使用芯片的尺寸(長與寬,單位采用mil),這樣可以計算出芯片的電流密度。

    芯片的電流密度=驅動電流mA/(芯片長mil×芯片寬mil)

    2)根據光譜測試報告測試的光通量,計算出流明價。

    燈珠的流明價=燈珠價格(分)/ 燈珠的光通量lm

    3)把上面兩個計算結果相乘,用這個乘積就可以比較不同封裝、不同廠家的燈珠,數字低的就是你要購買的燈珠,這個比較最好在相同色溫段與相同顯色性下比較。

    這個方法是我們通過對燈珠封裝的研究與分析得出的計算方法,既簡單又實用,也能體現質量好的燈珠供應商的核心價值,用這個方法采購的燈珠生産的LED照明産品也會有質量保證;

    許多照明企業都想做好産品,只是不知道這個“好”是如何規範的,用這個簡單方法來采購燈珠會讓企業無需過多的專業知識就可以規避劣質供應商

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