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如何选购LED植物灯灯珠

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发表于 2017-8-2 11:48:10 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 紫雨 于 2017-8-2 20:55 编辑



LED的发展要归功于,1993年日本日亚公司实现了蓝光芯片的量产,蓝光LED的出现,开拓了人类照明新的领域,随着LED的技术发展,在农业种植应用的LED植物灯也引发了创新时代,LED植物灯的品质和LED灯珠有着密切的关系,那么如何选购好的LED灯珠便成了重中之重,以下文章便从各个方面具体分析,帮助大家更清晰深入的了解LED,从而选到适合本企业产品的LED植物灯灯珠。


一、LED的生产流程


LED芯片生产过程包括两个方面,一个是外延片生长,另一个是芯片生产。
LED外延片生长技术主要采用有机金属化学气相沉积法(MOCVD)生产的具有半导体发光特性的外延片,外延片是制造LED芯片的原材料,下图是采用蓝宝石衬底的外延片生产过程:
LED芯片是采用外延片制造的,芯片是提供LED灯珠封装的器件,是LED灯珠品质的前提,下图是LED芯片生产过程:
LED灯珠的封装是根据LED灯珠的应用要求,把芯片封装在相应的支架上的制造过程,LED封装决定LED灯珠性价比,是LED灯珠品质关键环节,下图是LED灯珠封装过程:
从上面LED的生产过程可以看出,LED的制造工艺复杂,技术含量高,在整个过程中,只要一个环节出问题,LED灯珠就失去品质性能。
二、LED的技术参数
在生产工艺过程中,同一批原材料在生产过程由于各种原因导致封装后的成品都会有不同的质量,单纯从外观与工艺无法分辨,需要测量技术支持,对于植物灯的应用,需要按照植物灯光谱参数指标进行选购。
植物灯是光谱技术参数化的产品,植物灯用的灯珠与照明用灯珠在参数表述上有很大不同,目前的LED封装企业提供的灯珠参数无法适合植物灯的设计参数要求,这个问题的产生是由于植物灯光谱测试技术与植物灯光谱标注参数的特殊性造成的。
植物灯制造企业在选购灯珠时,需要把灯珠的照明参数转化到植物灯灯珠的光谱参数,这个参数转化过程我们称为植物灯灯珠的光谱参数化,植物灯产品的设计必须使用参数化的灯珠参数,否则设计指标没有依据实现。
灯珠的参数化后表达就很直观,如:
QE1.042/645nm/3.28V/60mA/2835
技术产品许多是参数化产品,如电脑用的显卡,其表述参数就代表显卡性能与价格。
下面是LED光源光谱参数化的样式
植物灯光谱参数化的主要参数:
1、辐射功率:
LED灯珠的辐射功率是决定植物灯产品性能的主要指标,辐射功率越大,灯珠的PPF值越高,做出来的植物灯辐射性能越好。
灯珠的辐射功率与芯片面积有关,芯片面积用芯片的长与宽相乘得出,芯片面积越大,辐射功率越高。
LED灯珠的辐射功率是由芯片辐射功率等级与价格决定,芯片辐射功率越大,价格越贵。
以厦门三安的芯片为例,S-23BBMUP-C******* ,芯片尺寸为23X10mil,这个芯有4个辐射功率等级(@20mA)。
D24与D27的辐射功率相差8mW,也就是说,相同尺寸的芯片,做出灯珠的PPF值不同,采购时需要了解芯片的辐射功率等级。
2、耗电功率
LED灯珠是按照电流规格大小划分功率等级的,电流的规格越大,芯片承受的功率越高,但芯片的发热量也越大。
不同电流规格的芯片被封装成不同的尺寸规格,如:2835,5730,3030等,对不同封装规格的选用是依据植物灯结构设计要求,通常,小功率的芯片效率高且发热量小。
3、辐射效率
灯珠的辐射效率=辐射功率/耗电功率*100%,辐射效率值小于100%。
辐射效率表达的是每耗一瓦电所产生的辐射功率占比,辐射效率越大越好。
辐射效率受到半导体材料生产技术的限制,也受到封装技术与散热技术的限制,影响辐射效率的主要原因有:
芯片制造品质的影响不同的生产设备与芯片技术影响芯片的辐射效率,选择品牌芯片厂家是有效的方法。
支架材质:目前市场上有铝支架、黄铜支架、紫铜支架等,铝支架最便宜,紫铜支架最贵,即便是紫铜支架,镀银品质也有高低之分;封装材料还包括各种固定和填充的胶的品质。
白光与稀土工艺的灯珠品质还受荧光粉的品质影响,高品质的荧光粉光衰低;白光的荧光粉主要分铝酸盐和硅酸盐,铝酸盐性能优于硅酸盐,铝酸盐最为代表的是YAG,YAG性能稳定,光衰低,硅酸盐自身的化学稳定性较差,但亮度比YAG高。
焊线材料除倒装芯片与CSP封装之外,大多数灯珠封装是采用金线焊接工艺,把芯片与支架的电极连通,目前市场上有合金线、纯金线两种,纯金线最好,金线按照粗细又分0.7、0.9、1.0、1.2等,金线越粗,热组越低,灯珠寿命越长。
4、PPF值:灯珠的PPF需要专门的软件进行计算,植物灯的功率确定是依据LED灯珠的PPF值进行计算,封装企业如果提供不了灯珠的PPF值,就无法成为一个合格的植物灯灯珠供应商。
5、MPF值:波长在380nm-800nm范围内的光子通量测量值,单位umol/s,对于单色的灯珠,MPF=PPF,对于采用荧光粉封装的灯珠,MPF值大于PPF值,荧光粉封装的灯珠参数表达需要同时标注MPF与PPF这两个参数。
6、QE值QE值是每瓦的PPF值,是由植物灯灯珠光谱参数的推导参数,单位是umol/J,这个参数是植物灯灯珠的综合指标,也是最重要的性能对比指标,QE值是灯珠光谱参数化后必须标注的参数,QE值的准确性涉及到灯珠的光谱测试技术水平,测量误差会导致QE值失真。
7、辐射配比:在定义波段范围内的各辐射量之间的相互关系,两种方式表达。
辐射含量:某个波段占整个辐射量的百分比,辐射含量是某个波段的辐射量占总辐射量的权重。
辐射比:两个波段之间的比值,辐射比是相互之间的单位权重,通常是R:B与R:FR。
辐射配比仅对于白光与稀土工艺的灯珠有效,单色光没有辐射配比。
8、分压规格:就是芯片的电压分档,如3.0V-3.15V,对于串并联方式连接的光源,电压分档控制在0.15V以内,这样每串光源的电流分布均匀,有利于提高光源的寿命。
9、色温分档:对于采用白光灯珠的分色,封装厂需要提供色温的BIN码,植物灯采用白光对分色要求相对不严格,对色BIN使用可以适当放松。

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 楼主| 发表于 2017-8-2 11:50:20 | 显示全部楼层
本帖最后由 紫雨 于 2017-8-2 11:51 编辑

三、评估规则
1、灯珠光谱参数的评估规则

灯珠的辐射效率是光谱参数的基础,在辐射效率相同下,PPF,MPF,QE的比较才有意义。

QE会随着绿光辐射含量的增加而趋向失真,对于单色光灯珠,QE越大越好。

目前,LED灯珠的QE还没有超过2.2umol/J,任何测试分析的QE参数接近这个上限,需要评估测试方法与测量数据的误差。

未来,当LED灯珠QE跨越2.2umol/J后,LED植物灯将进入全面应用的环境,其他光源将逐步退出应用,植物灯光谱技术把QE达到3.0umol/J作为未来几年的研究目标。

2、LED灯珠在植物灯应用的规则

LED灯珠的驱动电流最好不要超过规格电流,目前的芯片电流规格已经是接近芯片承受的上限,尽管可以通过改善散热来加大驱动电流,获得较高的PPF值,与此同时,灯珠的功率也加大,PPF与功率的增加并非线性,结果是QE值反而降低。

这个现象的机理是加大电流后电子空穴的复合率下降,芯片的晶格缺陷开始突出,芯片的发热加大,导致芯片的辐射效率下降,耗电功率增加程度高于PPF增加的程度,植物灯的QE值下降。

一个良好的设计是在灯具散热指标与辐射效率之间找到最优先方案,而不是使用价格昂贵的散热器来增加光源的功率,结果往往是加大功率后把QE指标降下来。

把好的灯珠做成差产品是我经常看到的现象,有些植物灯把灯珠的QE1.3做成植物灯的QE0.8,如果植物灯的QE做到0.7以下,我建议还是改用价格便宜的照明灯,这些问题的产生是因为企业没有建立光谱参数化的理念。

提示:通过降低灯珠的驱动电流是获得较高QE值的有效方法。

LED灯珠是电流器件,尽量选择较低的结电压(Vf),可以相应的提高QE值,较低的Vf还可以降低灯珠的发热量,大功率的植物灯对Vf的选择尤其重要。

灯珠的辐射效率高低决定植物灯的发热量,灯珠的发热功率=(1-辐射效率比)*电功率。

可以通过测试计算灯珠实际的热功率来验算辐射效率值是否正确。

在有光谱设计能力的前提下,采用单色灯珠配比的非连续光谱会在光衰指标得到保证。采用连续光谱灯珠的时候,光衰指标与蓝移指标都是要首先考虑的因素,但是,连续光谱的灯珠性价比是具有优势的。

连续光谱需要注意R:B与R:FR的指标,同时,绿光辐射量过大会引起QE失真。

灯珠的测量参数受到极限参数限制,任何接近极限参数的测试数据都需要专业的评估机构评估,不可轻易相信。

LED灯珠测量参数异常主要是观察辐射效率与QE值,QE值比较直观,这两个指标的异常都需要重新测量。

我对LED芯片的测量误差与虚标最为担忧,我一直强调植物灯是参数化的产品,植物灯卖的就是光谱参数,光谱参数失真,种植效果就无从谈起。

对于测量误差与虚标参数,我的光谱设计理论设置了一个检测的环节,那就是XD因子,通过XD因子,我们可以通过测量其照度值,用XD因子换算成PPFD,用这个PPFD就可以效验QE是否准确,这是我们植物灯光谱技术的创新点,这个闭环的设计理论更加可靠的保证了植物灯光谱参数的准确度。

3、LED灯珠采购的性价比

对于灯珠的采购,最为关心的是灯珠的性价比,通常人们对比的是同类封装的价格,我们提供一个灯珠性价比的计算公式,可以方便的比较产品价格的优劣。

灯珠的性价比=QE/价格,它表示单位价格买到的QE值高低。

性价比高,表示单位价格获得的QE值大

对于SMD封装,价格推荐采用角。

对于COB封装,价格推荐采用元。

掌握了以上的知识点,植物灯的参数化概念便更加清晰,相信对植物灯灯珠的采购与评估会有极大的帮助,从而提高植物灯的市场竞争力。

植物灯是光谱技术参数化的产品,应该采用专业的光谱参数来描述产品与市场营销,让那些造假与伪劣产品无法充斥市场,共同维护植物灯产业的健康发展。

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 楼主| 发表于 2017-8-2 17:50:28 | 显示全部楼层
本帖最后由 紫雨 于 2017-8-2 17:51 编辑

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