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剖析LED生產(chǎn)工藝及燈珠參數(shù)之間的關(guān)系

發(fā)布時(shí)間:2015-04-07 責(zé)任編輯:echolady

【導(dǎo)讀】LED的制造過(guò)程是復(fù)雜而充滿科技含量的流程。任何一個(gè)環(huán)節(jié)的缺陷都會(huì)造成LED燈珠品質(zhì)性能的損壞。本文就來(lái)深度剖析LED生產(chǎn)工藝過(guò)程與燈珠參數(shù)之間的關(guān)系。

LED(Light-Emitting Diode)是發(fā)光二極管的簡(jiǎn)稱(chēng),它是由半導(dǎo)體材料制造出來(lái)的,它有一個(gè)正極和一個(gè)負(fù)極,在它的正負(fù)極施加直流電就會(huì)發(fā)光,從1907年開(kāi)始,到1993年,LED經(jīng)歷86年歷史,LED技術(shù)的應(yīng)用大體分為視覺(jué)類(lèi)與非視覺(jué)類(lèi),視覺(jué)類(lèi)的應(yīng)用有LED照明技術(shù),非視覺(jué)類(lèi)有植物光合與醫(yī)療保健。

剖析LED生產(chǎn)工藝及燈珠參數(shù)之間的關(guān)系
 
LED發(fā)展歷史

LED工藝過(guò)程:

LED燈珠的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程,分為外延片生產(chǎn)、芯片生產(chǎn)、燈珠封裝,整個(gè)過(guò)程體現(xiàn)了現(xiàn)代電子工業(yè)制造技術(shù)水平,LED的制造是集多種技術(shù)的融合,是高技術(shù)含量的產(chǎn)品,對(duì)于照明用途的LED的知識(shí)掌握也需要了解LED燈珠是如何生產(chǎn)出來(lái)的。

1、LED外延片生產(chǎn)過(guò)程:

LED外延片生長(zhǎng)技術(shù)主要采用有機(jī)金屬化學(xué)相沉積方法(MOCVD)生產(chǎn)的具有半導(dǎo)體特性的合成材料,是制造LED芯片的原材料,下圖是采用藍(lán)寶石襯底的外延片生產(chǎn)過(guò)程:

剖析LED生產(chǎn)工藝及燈珠參數(shù)之間的關(guān)系
 
2、LED芯片生產(chǎn)過(guò)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(zhì)的關(guān)鍵,下圖是LED芯片生產(chǎn)過(guò)程:

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3、LED燈珠生產(chǎn)過(guò)程:

LED燈珠的封裝是根據(jù)LED燈珠的用途要求,把芯片封裝在相應(yīng)的支架上來(lái)完成LED燈珠的制造過(guò)程,LED封裝決定LED燈珠性價(jià)比,是LED燈具產(chǎn)品的品質(zhì)關(guān)鍵,下圖是LED封裝過(guò)程:

剖析LED生產(chǎn)工藝及燈珠參數(shù)之間的關(guān)系
 
封裝的燈珠通過(guò)分光篩選成不同質(zhì)量的燈珠,這些燈珠基本上由價(jià)格的差異進(jìn)行銷(xiāo)售,殘次品都可以按重量銷(xiāo)售,LED市場(chǎng)的這種現(xiàn)象導(dǎo)致LED燈具產(chǎn)品的價(jià)格會(huì)相差很大。
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白光燈珠的參數(shù)關(guān)系:

關(guān)于基本的光電參數(shù),如光通量、光強(qiáng)度、光照度、亮度(輝度)、輻射功率、色溫、顯色性等,就不在這里介紹,我們需要重點(diǎn)了解這些參數(shù)之間的關(guān)系。

LED燈珠的品質(zhì)鑒定需要做光譜分析與光電分析,如果品質(zhì)要求嚴(yán)格,還需要通過(guò)LM79和LM80測(cè)試,生產(chǎn)廠需要完成LED燈珠品質(zhì)評(píng)估后才能批量生產(chǎn),銷(xiāo)售者一定要求生產(chǎn)廠提供LED燈珠品質(zhì)評(píng)估報(bào)告才能提供對(duì)客戶的承諾。

下圖是光譜測(cè)試報(bào)告:

剖析LED生產(chǎn)工藝及燈珠參數(shù)之間的關(guān)系
剖析LED生產(chǎn)工藝及燈珠參數(shù)之間的關(guān)系

 
這個(gè)參數(shù)報(bào)告重點(diǎn)關(guān)注:色溫,顯指Ra,光通量,光效率,結(jié)電壓U,X,Y值。

LED燈珠品質(zhì)評(píng)估是建立產(chǎn)品信用的主要方法。LED燈珠品質(zhì)評(píng)估可以在第三方測(cè)試網(wǎng)店進(jìn)行。下面談?wù)勥@些基本參數(shù)的相關(guān)關(guān)系。

與光通量相關(guān)的參數(shù)

光通量是衡量發(fā)光明暗的參數(shù),光通量越大,表示燈珠越明亮,準(zhǔn)確的光通量需要專(zhuān)業(yè)光學(xué)儀器測(cè)試,影響LED燈珠光通量的參數(shù)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(guò)芯片的電流大小,在相同芯片面積下,通過(guò)的電流越大,光通量越高,LED屬于電流器件,規(guī)定有額定電流,不能隨意增大,如2835封裝的電流標(biāo)稱(chēng)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(jí)區(qū)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(guān),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(shè)備精度與設(shè)備性能對(duì)封裝質(zhì)量的影響,封裝材料越好,封裝設(shè)備越高級(jí),封裝后的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。
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與發(fā)光效率相關(guān)的參數(shù)

發(fā)光效率是衡量光源是否節(jié)能的指標(biāo),單位是每瓦流明值(lm/w),表示每消耗1瓦的電能可以產(chǎn)生多少光通量,這個(gè)數(shù)值越高,越節(jié)能,LED照明之所以替代熒光燈、白熾燈,就是因?yàn)長(zhǎng)ED光源光效高于傳統(tǒng)光源2-10倍。

根據(jù)能量守恒定律,發(fā)光效越高,說(shuō)明電能轉(zhuǎn)化光能越多,轉(zhuǎn)化的熱量越小,影響光效的參數(shù)有:

1)影響光通量的參數(shù)都影響光效,光通量越高,光效越高。

2)驅(qū)動(dòng)電流也影響光效,相同封裝規(guī)格的燈珠,驅(qū)動(dòng)電流越小,發(fā)光效越大。

3)LED的PN結(jié)電壓越低,發(fā)光效越高。

4)封裝的散熱結(jié)構(gòu)越有效,發(fā)光效越高。

5)工作溫度越高,燈珠的發(fā)光效率越低。

與燈珠壽命相關(guān)的參數(shù)

通常,半導(dǎo)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(shè)備內(nèi)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(dá)為燈珠失效(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(zhì)保期內(nèi),光衰減不能低于初始光通量的30%,與燈珠壽命相關(guān)的參數(shù)有:

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

2)驅(qū)動(dòng)電流越小,燈珠的壽命越長(zhǎng)。

3)封裝材料品質(zhì)越好,燈珠壽命越長(zhǎng)。

4)散熱結(jié)構(gòu)的效率越高,燈珠壽命越長(zhǎng)。

5)芯片與封裝的靜電防護(hù)級(jí)別越高,燈珠壽命越長(zhǎng)。

與色溫、顯色指數(shù)相關(guān)的參數(shù)

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

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

  剖析LED生產(chǎn)工藝及燈珠參數(shù)之間的關(guān)系
 
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人造白光對(duì)物體自然顏色的還原能力用顯色指數(shù)CRI(Color Rendering Index)衡量,這個(gè)方法采用中等明度值和彩度的對(duì)比來(lái)確定CRI,如下圖所示:

剖析LED生產(chǎn)工藝及燈珠參數(shù)之間的關(guān)系
 
把R1至R8求平均值就是平均顯色指數(shù)(Ra),CRI測(cè)試常常是R9甚至過(guò)低,有時(shí)會(huì)出現(xiàn)負(fù)值,這說(shuō)明LED產(chǎn)生的白光缺少紅光輻射,R9數(shù)值低會(huì)影響R1-R8,導(dǎo)致Ra的平均值降低,對(duì)于暖色溫范圍,Ra衡量LED光源的顯色性是可行的,對(duì)于高色溫范圍的LED光源,Ra衡量顯色性會(huì)有一定失真。

由于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定使用Ra判斷顯色性,我們只能夠使用這個(gè)參數(shù)做參考,色溫在4000K以上的白光,不要過(guò)分依賴(lài)Ra評(píng)估顯色性,應(yīng)該采用相同色溫的視覺(jué)對(duì)比,這樣對(duì)比的實(shí)際可操作效果優(yōu)于依賴(lài)測(cè)試Ra,當(dāng)然,對(duì)于專(zhuān)業(yè)人士,從R1-R15的數(shù)值就可以得出結(jié)論了。

白光的色溫與顯色性是衡量照明品質(zhì)的主要指標(biāo),同一批次封裝的燈珠的色溫的一致性都會(huì)有差別,需要分色后才能使用,色溫主要考察一致性與色溫的飄移,對(duì)于顯色性,要求至少達(dá)到65以上才能用在照明,影響燈珠色溫與顯色性的參數(shù)有:

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

2)驅(qū)動(dòng)電流越大,色溫會(huì)向高色溫漂移。

3)熒光粉品質(zhì)越差,色溫越容易漂移,光衰也很容易發(fā)生。

4)工作溫度也影響色溫漂移。

5)芯片品質(zhì)越差,色溫一致性也越差。

6)相同材料與封裝工藝的產(chǎn)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照明產(chǎn)品受LED燈珠的選擇影響較大,在制造與銷(xiāo)售LED照明產(chǎn)品時(shí),要更加注重LED燈珠的品質(zhì)鑒別,LED照明產(chǎn)品一般是由多個(gè)LED燈珠組成,這種組成有時(shí)會(huì)把燈珠的不良品質(zhì)模糊化,產(chǎn)品制造者需要從燈珠的參數(shù)分析著手,鑒別出產(chǎn)品的品質(zhì)內(nèi)涵,最大程度的降低經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。

燈珠的價(jià)格問(wèn)題

燈珠的價(jià)格問(wèn)題的討論是最讓人感興趣的,對(duì)于LED燈珠采購(gòu),通常得到的報(bào)價(jià)是每個(gè)燈珠多少錢(qián),不同的封裝價(jià)格也不同,不同的供應(yīng)商報(bào)價(jià)差異性會(huì)導(dǎo)致選擇的困惑,再加上相同封裝但不同封裝材料導(dǎo)致燈珠價(jià)格有差異,那么如何購(gòu)買(mǎi)到價(jià)格好的燈珠呢?

下面這個(gè)方法,大家可以試一下,看看效果怎么樣。

1)首先要按照封裝規(guī)格的電流進(jìn)行燈珠的光譜測(cè)試,同時(shí)需要測(cè)試出燈珠使用芯片的尺寸(長(zhǎng)與寬,單位采用mil),這樣可以計(jì)算出芯片的電流密度。

芯片的電流密度=驅(qū)動(dòng)電流mA/(芯片長(zhǎng)mil×芯片寬mil)

2)根據(jù)光譜測(cè)試報(bào)告測(cè)試的光通量,計(jì)算出流明價(jià)。

燈珠的流明價(jià)=燈珠價(jià)格(分)/ 燈珠的光通量lm

3)把上面兩個(gè)計(jì)算結(jié)果相乘,用這個(gè)乘積就可以比較不同封裝、不同廠家的燈珠,數(shù)字低的就是你要購(gòu)買(mǎi)的燈珠,這個(gè)比較最好在相同色溫段與相同顯色性下比較。

這個(gè)方法是我們通過(guò)對(duì)燈珠封裝的研究與分析得出的計(jì)算方法,既簡(jiǎn)單又實(shí)用,也能體現(xiàn)質(zhì)量好的燈珠供應(yīng)商的核心價(jià)值,用這個(gè)方法采購(gòu)的燈珠生產(chǎn)的LED照明產(chǎn)品也會(huì)有質(zhì)量保證;

許多照明企業(yè)都想做好產(chǎn)品,只是不知道這個(gè)“好”是如何規(guī)范的,用這個(gè)簡(jiǎn)單方法來(lái)采購(gòu)燈珠會(huì)讓企業(yè)無(wú)需過(guò)多的專(zhuān)業(yè)知識(shí)就可以規(guī)避劣質(zhì)供應(yīng)商。

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