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LED基本知識 (6)

LED產品中,一項重要的規格數字就是色溫,這關係到LED燈光照明產品所顯示的顏色特性,一般的燈具也都有色溫的規格。色温高低計量單位是以KelvinScale,也就是以K為單位,一開始是凱氏於鋼鐵廠內觀察到溶解金屬開始至最高温度時,金屬發亮所呈現的顏色不同,而以數據單位記錄下來,後來就產生色溫的規格表。

一、色溫的定義:
以絕對溫度K來表示,即把標準黑體加熱,溫度升高到一定程度時該黑體顏色開始深紅-淺紅-橙黃-白-藍,逐漸改變,某光源與黑體的顏色相同時,我們把黑體當的絕對溫度稱為該光源的色溫。

二、不同光源環境下的色溫:

下面是一般常見照明燈具所採用的色溫

鹵素燈 3000k
鎢絲燈 2700k
高壓鈉燈 1950-2250k
蠟燭光 2000k
金屬鹵化物燈 4000-4600k
冷色營光燈 4000-5000k
高壓汞燈 3450-3750k
暖色螢光燈 2500-3000k
晴空 8000-8500k
陰天 6500-7500k
夏日正午陽光 5500k
下午日光 4000k

三、不同色溫下的光色:

1、低色溫:色溫在3300K以下,光色偏紅給以溫暖的感覺;有穩重的氣氛,溫暖的覺;當採用低色溫光源照射時,能使紅色更鮮豔。

2、中色溫:色溫在3000–6000K為中間,人在此色調下無特別明顯的視覺心理效,有爽快的感覺;所以稱為”中性”色溫。當採用中色溫光源照射時,使藍色具有
清涼感。

3、高色溫:色溫超過6000K,光色偏藍,給人以清冷的感覺,當採用高色溫光源照時,使物體有冷的感覺。

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亮度(BRIGHTNESS)通俗來說是光量的意思。單位為mcd 與CD的關係是1000mcd=1cd 其中cd是發光強度單位,意為「燭光」也稱「國際燭光」,其定義是:表面積60分之1平方公分面積的完全輻射物體,在加熱到鉑熔點(1668度)時的發光強度。與早期的LED發光二極管相比對,新型超高亮LED最顯著的特點是亮度提高了近百倍。早期LED的發光強度僅十几~几十mcd,而新型LED的發光強度最低也可達到1500mcd。知道了輝度與發光強度之間的關係,那高輝度LED就是指高發光量的LED,與普通LED相比其具有以下幾個特徴:

1、順向電壓——順向電流特徴
高輝度白光與紅光LED的VF-IF特徴具備與一般二極管相同的特徴,當順向電壓低於1.7伏特與2.8伏特以下時,幾乎沒有任何電流流動,不過一旦超過上述兩電壓,電流就開始流動,要使LED點燈的電壓隨着各產品不同,一般需要1.7伏特~4伏特左右的電壓。

2、順向電流——相對光度特徴
直流驅動時LED的亮度一直到該產品的設計值為止,通常與電流呈直線性比例,利用PWM脈衝驅動時,LED的亮度與Duty几乎呈直線性關係。
若IF=20mA亮度為1時,IF產生的相對光度特徴,那么2倍的電流亮度不會變成2倍,主要原因是增加電流,LED本身具有自我發熱特徴造成套件溫度上升,換句話說大部份的電能轉換成熱能,實際上使LED點亮的電流與施加的電流並不是呈現2倍的關係。

3、順向電流適應值
一般來說,大多數高輝度LED的適應順向電流與發光色無關都設定為20mA,雖然LED的規格書中并未明確記載,一般該值都被設定成可以充分配揮LED的效能與可靠性,也就是說規格書記載的項目,都釆用20mA點燈時的資料。同品種LED隨着各LED差異, VF會有散亂分散現象,但這並非意味著該款LED是不良品或是瑕疵品。

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探尋影響LED光衰的原因
LED燈具作為新型的綠色照明燈具,節能、環保、長壽命,受到廣大客戶的追崇。但是LED光衰的問題,又是一個LED燈具不得不面對的問題。不間斷的光衰,嚴重影響了LED燈具的使用情況。

就目前來看,市場上的白光LED其光衰可能是向民用照明進軍的首要問題之一。什麼原因導致了LED的光衰呢?一般來說,針對LED的光衰主要有兩大因素:

一、LED產品本身品質問題:

1、採用的LED晶元體質不好,亮度衰減較快。

2、生產工藝存在缺陷,LED晶元散熱不能良好的從PIN腳導出,導致LED晶元溫度過高使晶元衰減加劇。

二、使用條件問題:

1、LED為恆流驅動,有部分LED採用電壓驅動原因使LED衰減過來。

2、驅動電流大於額定驅動條件。

其實導致LED產品光衰的原因很多,最關鍵的還是熱的問題,儘管很多廠商在次級產品不特別注重散熱的問題,但這些次級LED產品長期使用下,光衰程度會比有注重散熱的LED產品要高。LED晶元本身的熱阻、銀膠的影響、基板的散熱效果,以及膠體和金線方面也都與光衰有關係。

三個影響LED燈具質量光衰的因素

首先,選擇什麼樣的LED白燈。

這點很重要,LED白燈的質量可以說是很重要的因素。舉些例子,同樣的以晶電的14mil白光段晶元為代表,用普通環氧樹脂做的底膠與白光膠與封裝膠水封裝出來的LED白燈,單顆點亮在30度的環境下,一千小時后,衰減數據為發光維持率70%;如果用D類低衰膠水封裝,在同樣的老化環境下,千小時光衰為45%;如果C類低衰膠水封裝,在同樣的老化環境下,千小時光衰為12%;如果B類低衰膠水封裝,在同樣的老化環境下,千小時光衰為3%;如果A類低衰膠水,在同樣的老化環境下,千小時光衰為6%。

其次,LED燈珠工作環境溫度。

根據單顆LED白燈老化時的數據來看,LED白燈如果只有一個點亮工作,同時,它所處的環境溫度是30度的話,那麼,單顆LED白燈工作時的支架溫度不會超過45度。這個時候,這顆LED的壽命會很理想。

如果有100顆LED白燈同時點亮工作,它們之間的間隔只是11.4mm的情況下,那麼,燈堆的周邊的LED白燈的支架溫度也可能不會超過45度,但燈堆中間的那些LED白燈有可能達到65度的高溫。這個時候,對LED燈珠就是一個考驗。那麼,聚在中間的那些LED白燈,理論上光衰就會快一點,而燈堆周邊的LED白燈,光衰就會慢一點。

反正大家應該要知道,LED是怕熱的,溫度越高,LED壽命越短,溫度越低,LED壽命越長。LED理想的工作溫度當然是在負5到零度之間。但這基本上是不可能的。

所以,我們了解到LED燈珠理想的工作參數后,就盡可能的在設計燈具的時候,加強導熱,散熱的功能。反正溫度越低,LED壽命越長。

再次,LED燈珠的工作電性參數設計。

根據實驗結果,LED白燈在驅動電流越低的情況下,發射的熱量越小,當然了,亮度也就越小了。據調查,LED太陽能燈飾電路的設計,LED的驅動電流一般只是5-10mA;燈具所用的燈珠數目具大的產品,如達到500個以上的,或更多的,驅動電流一般只是10-15mA,而一般大眾化的LED應用燈飾的驅動電流,只是15-18mA,絕少有人把電流設計到20mA以上的。

而實驗結果也表明,在14mA的驅動電流下,並且,加了蓋子不透風,裡面的空氣溫度達到71度的環境下,低衰產品,千小時光衰為零,2000小時光衰為3%,這就說明這種低衰LED白燈在這樣的環境下使用已達到了它的最大限度,再大就是對它的一種損害了。

因為老化用的老化板沒有散熱功能,所以,LED工作時產生的熱量基本上是沒法傳導到外面去的。實驗上證明了這一點。老化板裡面的空氣溫度已達到了101度的高溫,老化板上的蓋子表面溫度只不過是53度,相差了幾十度。這就說明,設計的這種塑料蓋子基本上不具有導熱散熱功能。但一般的燈具設計中,都考慮到導熱散熱的功能。因此,總結來說,LED燈珠的工作電性參數的設計要根據實際情況,如果燈具的導熱散熱功能很好,LED白燈的驅動電流加大一點是沒關係的,因為LED燈珠工作產生的熱量瞬間能導出到外面,對LED沒有損害,就是對LED最好的呵護了。相反的,如果燈具的導熱散熱功能馬馬虎虎,最好把電路設計得小一點,讓它少放些熱量出來。

新的LED變色燈,也就是具備調光、調色機制的LED燈具,可產生能改變空間氣氛的效果。

LED變色燈由電容降壓式穩壓電源、LED控制器及G、R、B三基色LED陣列組成。它的外形與一般乳白色白熾燈泡相同,但點亮後會自動按一定的時間間隔變色。迴圈地發出青、黃、綠、紫、藍、紅、白色光。變色燈的變色原是三種基色LED分別點亮兩個LED時,它可以發出黃、紫、青色(如紅、藍兩LED點亮時發出紫色光);若紅、綠、藍三種LED同時點亮時,它會產生白光。如果有電路能使紅、綠、藍光LED分別兩兩點亮、單獨點亮及三基色LED同時點亮,則發出七種不同顏色的光來。外部燈泡必須採用乳白色的。這樣才能較好的混色,不可採用透明的材料。

LED變色燈適用於家庭生日派對、節日聚會、過節過年,給節日添加歡樂氣氛:也可用於娛樂場所及作廣告燈等。比方說,藍色燈暈襯托出清晨6點的清新柔和,透過溫暖的黃色、可愛的粉紅、輕鬆的綠色,可適用於舒適場景。浪漫的丁香色可讓人想起美好的回憶,家居或商業空間就能夠依據需要搭配顏色氣氛,就不需要改變室內裝修或燈具了。

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發光二極體,通常稱為LED。發光二極體只是一個微小的電燈泡。但不像常見的白熾燈泡,發光二極體沒有燈絲,而且又不會特別熱,它單單是由半導體材料裏的電子移動而使它發光。因為發光二極體沒有燈絲會燒壞,所以壽命就更長。並且發光二極體的小小塑性燈泡使得發光二極體更持久耐用,再加上LED可以更加容易適合現在的電子電路。傳統白熾燈的發光過程包含了產生大量熱量,這完全是浪費能源。發光二極體所發出的熱非常少,相對來說,越多電能直接發光就是越大程度上減少對電能的需求

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LED是發光二極體( Light Emitting Diode, LED)的簡稱,也被稱作發光二極管。隨著技術增加,已經能作為光源使用,它不但能夠高效率地直接將電能轉化為光能,而且擁有最長達數萬小時~10 萬小時的使用壽命,同時具備不若傳統燈泡易碎,並能省電,同時擁有環保無汞、體積小、可應用在低溫環境、光源具方向性、造成光害少與色域豐富等優點。

Category: LED基本知識
Tag: LED

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