《電子技術(shù)應(yīng)用》
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工程師解析:做好LED照明產(chǎn)品的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)
摘要: 想做好一個(gè)LED照明產(chǎn)品最關(guān)鍵的幾個(gè)部分不能不知,,通俗的說(shuō)就是配光、結(jié)構(gòu),、電子,,而配光、結(jié)構(gòu),、電子用專業(yè)術(shù)語(yǔ)表達(dá)為:光性能,、熱性能、電性能,。在此同時(shí),,配光顯得尤為重要,不懂配光,,就做不好LED照明,。
Abstract:
Key words :

  想做好一個(gè)LED照明產(chǎn)品最關(guān)鍵的幾個(gè)部分不能不知,通俗的說(shuō)就是配光,、結(jié)構(gòu),、電子,而配光,、結(jié)構(gòu),、電子用專業(yè)術(shù)語(yǔ)表達(dá)為:光性能、熱性能,、電性能,。在此同時(shí),配光顯得尤為重要,,不懂配光,,就做不好LED照明

  光性能(配光):LED的光學(xué)性能主要涉及到光譜,、光度和色度等方面的性能要求,。根據(jù)新制定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“半導(dǎo)體發(fā)光二極管測(cè)試方法”,主要有發(fā)光峰值波長(zhǎng),、光譜輻射帶寬,、軸向發(fā)光強(qiáng)度角,、光通量、輻射通量,、發(fā)光效率,、色品坐標(biāo)、相關(guān)色溫,、色純度和主波長(zhǎng),、顯色指數(shù)等參數(shù)。顯示用的LED,,主要是視覺(jué)的直觀效果,,因此對(duì)相關(guān)顯色指數(shù)不作要求,而照明用的白光LED,,色溫,、顯色指數(shù)和照度就尤為重要,它是照明氣氛和效果的重要指標(biāo),,而色純度和主波長(zhǎng)一般沒(méi)有要求,。

  目前全球LED行業(yè)內(nèi)的主流做法是在封裝LED芯片" title="LED芯片">LED芯片形成光源或光源模組以后,在做成燈具的時(shí)候再進(jìn)行配光,,這樣采用的是原有傳統(tǒng)光源的做法,,因?yàn)閭鹘y(tǒng)光源是360°發(fā)光。如果要把光導(dǎo)到應(yīng)用端,,目前飛利浦的傳統(tǒng)燈具做到最好的一款,,光損失也達(dá)到40%。而我們國(guó)內(nèi)眾多的LED下游廠家應(yīng)用的燈具光學(xué)參數(shù)其實(shí)都是芯片或者光源的光學(xué)參數(shù),,而不是整體燈具的的光學(xué)指標(biāo)參數(shù),。

  現(xiàn)在最先進(jìn)的科學(xué)方法是在芯片封裝上就做配光,一次把芯片的光導(dǎo)出來(lái),,維持最大的光輸出,,這樣光損率只有5%-10%。隨著技術(shù)的不斷改進(jìn),,光損率將會(huì)越來(lái)越低,,光源的光效會(huì)越來(lái)越高。同樣配有這樣的光源燈具無(wú)需再做配光,,相對(duì)的燈具效率將會(huì)大大提高,使之更為廣泛地使用到功能性照明之中,,形成相當(dāng)規(guī)模的市場(chǎng)渠道,。因此一個(gè)好的LED供應(yīng)商,是我們當(dāng)務(wù)之急,,我們沒(méi)必要花高代價(jià)去研究我們的LED如何去配光為好,,也不需要花很多時(shí)間和經(jīng)歷讓工程師去用軟件仿真,,最簡(jiǎn)單的方法就是讓LED白光供應(yīng)商來(lái)配合。要知道,,我們的工程師如用軟件去仿真,,那么必需的動(dòng)作就是輸入和輸出。輸入即前期的數(shù)據(jù)導(dǎo)入,,輸出則仿真的結(jié)果,,那么要求前期的數(shù)據(jù)必須準(zhǔn)確無(wú)誤后端的仿真才能正確。

  熱性能(結(jié)構(gòu)):照明用的LED發(fā)光效率和功率的提供是LED產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵之一,,在此同時(shí),,LED的PN結(jié)溫度及殼體散熱問(wèn)題顯得尤為重要。PN結(jié)溫與燈體溫度差異越大,,那么熱阻越大,,隨之光能被轉(zhuǎn)換成熱能白白消耗掉,嚴(yán)重時(shí)LED損壞,。一個(gè)好的結(jié)構(gòu)工程師,,不僅要考慮燈具的結(jié)構(gòu)與LED的熱阻,還要考慮燈具的外形是否合理,、時(shí)尚,、新穎,當(dāng)然還有可靠性和可維護(hù)性以及實(shí)用性,,即要站在設(shè)計(jì)者的角度去思考,,又要站在用戶的角度去考量產(chǎn)品。

  想做好一個(gè)LED照明產(chǎn)品最關(guān)鍵的幾個(gè)部分不能不知,,通俗的說(shuō)就是配光,、結(jié)構(gòu)、電子,,而配光,、結(jié)構(gòu)、電子用專業(yè)術(shù)語(yǔ)表達(dá)為:光性能,、熱性能,、電性能。在此同時(shí),,配光顯得尤為重要,,不懂配光,就做不好LED照明,。

  光性能(配光):LED的光學(xué)性能主要涉及到光譜,、光度和色度等方面的性能要求。根據(jù)新制定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“半導(dǎo)體發(fā)光二極管測(cè)試方法”,主要有發(fā)光峰值波長(zhǎng),、光譜輻射帶寬,、軸向發(fā)光強(qiáng)度角、光通量,、輻射通量,、發(fā)光效率、色品坐標(biāo),、相關(guān)色溫,、色純度和主波長(zhǎng)、顯色指數(shù)等參數(shù),。顯示用的LED,,主要是視覺(jué)的直觀效果,因此對(duì)相關(guān)顯色指數(shù)不作要求,,而照明用的白光LED,,色溫、顯色指數(shù)和照度就尤為重要,,它是照明氣氛和效果的重要指標(biāo),,而色純度和主波長(zhǎng)一般沒(méi)有要求。

  目前全球LED行業(yè)內(nèi)的主流做法是在封裝LED芯片形成光源或光源模組以后,,在做成燈具的時(shí)候再進(jìn)行配光,,這樣采用的是原有傳統(tǒng)光源的做法,因?yàn)閭鹘y(tǒng)光源是360°發(fā)光,。如果要把光導(dǎo)到應(yīng)用端,,目前飛利浦的傳統(tǒng)燈具做到最好的一款,光損失也達(dá)到40%,。而我們國(guó)內(nèi)眾多的LED下游廠家應(yīng)用的燈具光學(xué)參數(shù)其實(shí)都是芯片或者光源的光學(xué)參數(shù),,而不是整體燈具的的光學(xué)指標(biāo)參數(shù)。

  現(xiàn)在最先進(jìn)的科學(xué)方法是在芯片封裝上就做配光,,一次把芯片的光導(dǎo)出來(lái),,維持最大的光輸出,這樣光損率只有5%-10%,。隨著技術(shù)的不斷改進(jìn),,光損率將會(huì)越來(lái)越低,光源的光效會(huì)越來(lái)越高,。同樣配有這樣的光源燈具無(wú)需再做配光,,相對(duì)的燈具效率將會(huì)大大提高,使之更為廣泛地使用到功能性照明之中,,形成相當(dāng)規(guī)模的市場(chǎng)渠道,。因此一個(gè)好的LED供應(yīng)商,是我們當(dāng)務(wù)之急,我們沒(méi)必要花高代價(jià)去研究我們的LED如何去配光為好,,也不需要花很多時(shí)間和經(jīng)歷讓工程師去用軟件仿真,最簡(jiǎn)單的方法就是讓LED白光供應(yīng)商來(lái)配合,。要知道,,我們的工程師如用軟件去仿真,那么必需的動(dòng)作就是輸入和輸出,。輸入即前期的數(shù)據(jù)導(dǎo)入,,輸出則仿真的結(jié)果,那么要求前期的數(shù)據(jù)必須準(zhǔn)確無(wú)誤后端的仿真才能正確,。

  熱性能(結(jié)構(gòu)):照明用的LED發(fā)光效率和功率的提供是LED產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵之一,,在此同時(shí),LED的PN結(jié)溫度及殼體散熱問(wèn)題顯得尤為重要,。PN結(jié)溫與燈體溫度差異越大,,那么熱阻越大,隨之光能被轉(zhuǎn)換成熱能白白消耗掉,,嚴(yán)重時(shí)LED損壞,。一個(gè)好的結(jié)構(gòu)工程師,不僅要考慮燈具的結(jié)構(gòu)與LED的熱阻,,還要考慮燈具的外形是否合理,、時(shí)尚、新穎,,當(dāng)然還有可靠性和可維護(hù)性以及實(shí)用性,,即要站在設(shè)計(jì)者的角度去思考,又要站在用戶的角度去考量產(chǎn)品,。

  目前上游龍企業(yè),,比如CREE已經(jīng)可以做到的芯片光效可以達(dá)到130-150lm/W。但是LED結(jié)溫高低直接影響到LED出光效率,、器件壽命,、可靠性、發(fā)射波長(zhǎng)等,。保持LED結(jié)溫在允許的范圍內(nèi),,是大功率LED芯片制備、器件封裝和器件應(yīng)用等每個(gè)環(huán)節(jié)都必須重點(diǎn)研究的關(guān)鍵因素,,尤其是LED器件封裝和器件應(yīng)用設(shè)計(jì)必須著重解決的核心問(wèn)題,。

  現(xiàn)在主流的應(yīng)用技術(shù)材質(zhì)是用鋁基板來(lái)封裝,但是鋁基板封裝的芯片散熱和光轉(zhuǎn)換效率都存在技術(shù)核心瓶頸,,不能有效地控制結(jié)溫和穩(wěn)定地維持高功率的光輸出,,并且應(yīng)用會(huì)因?yàn)樾酒庑г礁撸璧匿X基板面積就越大,會(huì)加大成本和應(yīng)用體積,,極為不便,。所以如何走出此誤區(qū)另辟新路是新的技術(shù)核心特點(diǎn)。在保持低成本和被動(dòng)散熱方式的前提下,,利用高導(dǎo)熱介質(zhì),,通過(guò)嶄新的器件/燈具整體結(jié)構(gòu),降低熱阻,,降低PN結(jié)結(jié)溫,,使PN結(jié)工作在允許工作溫度內(nèi),保持最大量光子輸出,其起碼的要求如下:

  (1)超低熱阻材料,,快速散熱整體結(jié)構(gòu)技術(shù);

  (2)高導(dǎo)熱,、抗UV封裝技術(shù);

  (3)應(yīng)用低環(huán)境應(yīng)力結(jié)構(gòu)技術(shù);

  (4)整體熱阻<20K/W,結(jié)溫<80度;

  (5)LED光源照明模組工作溫度控制在65℃以下,。

  電性能(電子):如果把一個(gè)照明燈具比喻成一個(gè)少女,,那么配光是她的內(nèi)涵、結(jié)構(gòu)則是她的容貌,、電子就是她的心臟,。(吸引人們眼球的總是那些外表美麗、時(shí)尚的美女們,,產(chǎn)品亦是如此),。人沒(méi)有心臟則沒(méi)有生命,燈具沒(méi)有電子則不成電源,,一個(gè)好的驅(qū)動(dòng)電源也能決定一個(gè)產(chǎn)品的壽命,。電子方面的標(biāo)準(zhǔn)和參數(shù)往往要比結(jié)構(gòu)復(fù)雜得多,前期的研發(fā)精力投入也比較大,。目前的技術(shù)走向和更新是日新月異,,一天一個(gè)樣…工程師們得花很大的精力去學(xué)習(xí)、吸收,、分解,、應(yīng)用新技術(shù)。電子設(shè)計(jì)的前期計(jì)劃,,中期實(shí)施,,后期的成型整個(gè)過(guò)程需形成文件、形成數(shù)據(jù)這也是設(shè)計(jì)中最繁瑣的事情,。比如:一個(gè)電源設(shè)計(jì)時(shí)的一個(gè)前期方案,,產(chǎn)品簡(jiǎn)介、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范依據(jù),、安全規(guī)格依據(jù),、電性能期望值,、工藝要求、原材料評(píng)估,、測(cè)試方法等等都要形成系統(tǒng)文件,。

  在LED驅(qū)動(dòng)電源領(lǐng)域,如今作為行業(yè)領(lǐng)頭羊的茂碩電源公司的發(fā)展之路,,充滿著傳奇色彩,。出于對(duì)LED產(chǎn)業(yè)的敏銳的嗅覺(jué),茂碩電源掌門人顧永德帶領(lǐng)他的團(tuán)隊(duì)于2006年就開(kāi)始投入研發(fā)LED電源,。如今,茂碩電源全球領(lǐng)先的技術(shù)已引領(lǐng)LED路燈" title="LED路燈">LED路燈智能驅(qū)動(dòng)潮流,,提出為L(zhǎng)ED路燈廠家提供最可靠的智能驅(qū)動(dòng)解決方案,,這又是一次理念領(lǐng)先的表率。

  LED驅(qū)動(dòng)電源作用強(qiáng)大

  LED電源作為L(zhǎng)ED燈的核心部件,,猶如LED的心臟,,LED驅(qū)動(dòng)電源的好壞直接決定了LED燈具的好壞。

  首先,,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上,,室外LED驅(qū)動(dòng)電源必須有嚴(yán)格的防水功能,否則,,無(wú)法承受外界惡劣的使用環(huán)境,。

  其次,LED驅(qū)動(dòng)電源的防雷功能也致關(guān)重要,。外界工作時(shí)難免遇到雷雨天氣,,如果驅(qū)動(dòng)電源無(wú)防雷功能,將直接影響LED燈具壽命,,增加燈具維護(hù)成本;

  最后,,在原材料的選用上,其可靠性必須滿足其壽命需求,,功能特性需足夠的好,。目前LED芯片理論壽命大約是10萬(wàn)小時(shí),而業(yè)界元器件壽件如要與之匹配,,關(guān)鍵元器件的選擇必須經(jīng)過(guò)完善的DMT,、DVT的驗(yàn)證管理,以保證長(zhǎng)壽命及產(chǎn)品可靠性要求,,否則電源壽命不夠,,燈具壽命也就無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

  所以,,LED驅(qū)動(dòng)電源(電子設(shè)計(jì))的可靠性是支撐LED發(fā)展的基礎(chǔ),,LED驅(qū)動(dòng)電源在節(jié)能,、高效、壽命優(yōu)于傳統(tǒng)燈具,,才能讓LED真正做到節(jié)能降耗,,促進(jìn)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。LED的散熱(結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)),,是決定光通維持率,,組件、設(shè)備安全的關(guān)鍵,。LED配光(光學(xué)設(shè)計(jì)),,是行業(yè)技術(shù)水平象征。掌握好以上3大技術(shù),,LED照明也就簡(jiǎn)單了,。

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