宇亮光電股份有限公司
LED大功率室內照明產品 設計生產 ,代理日本Okitsumo散熱材料

LED 產品 淺談

LED 產品 淺談

由於目前傳統白織燈泡消耗電力過剩,2012年將全面禁產。此時燈泡型的取代光源又陷入各家爭鳴,目前市面上看到的大概有 省電燈泡,冷陰極燈泡,LED燈泡 三種。
這三種光源的發光效率都不差,但是在功用上LED是有別於其他兩種。
由於LED光源有方向性,所以如果以光源設計的角度來分析,LED 應該是專長在投射照明方面
照射的燈具目前大概有 MR16 AR111 為主 其中以 50W MR16 為最大量
但是市場也最亂~~

LED產品進入門檻低,大到上市公司小至一般工作室都可以完成產品,所需要的配件 (鋁殼,鋁基板,透鏡,驅動etc.) 都有公模可以使用,所以要完成一個 LED 燈泡 並不是太困難。但是要做好一個LED燈泡卻不是這麼簡單
我們就以下三點 來討論 1.光 2.熱 3.電

1.光 :
LED 封裝本身就有做一次光學,一般是 expoxy or silicon 材質,每一個型號的LED 光學的特性都不一樣。所以再設計成品時所使用的透鏡(又稱二次光學)要依據所使用的LED的一次光學特性去設計,否則會造成狠多光的透性問題例如光斑等等。


2.電 :
LED全名->light emitting diode(發光二極體),是屬於二極體的一種。電流驅動,不可用電壓驅動。何謂電流驅動,就是不管外部電源是何種形式經過產品內部驅動的轉換要轉換成LED額定的電流在輸入到LED裡面。很多消費者無法看到 LED 封裝廠出來的DATASHEET。其實每一顆LED出廠時會依照使用的晶片給予額定的電流(If值)。也會有一個範圍的電壓值(Vf),為什麼電壓值會是一個範圍而不是一個固定值,因為驅動電壓 會隨著溫度或一些環境因素變化而變化,所以如果你給LED一個固定電壓會產生一個問題就是輸入到LED的電流會一直增加,因為當溫度升高,相對LED驅動所需的電壓會下降,此時如果還固定給一個電壓那會造成電流上升。打個比方,把LED晶片比喻成一段馬路,每台車子經過這段馬路所需的初始能量是 V0 在 V0條件下每秒經過馬路的車子是 I0
。開始啟動後溫度漸漸升高,則此時車子經過馬路所需的能量會小於V0但是如果還是固定給予V0能量,則每秒經過這段馬路的車子必然增多,超過原本預定的I0,然後溫度增加的速度更快,在這種情況下馬路勢必容易損壞。很多小功率LED燈管 就是定電壓給電,所以很容易色偏光衰。這種現象有的人稱散熱不好,我到寧願說是因為給電方式不對造成。
好的LED驅動對LED產品是很重要的,一般做成品的人在驅動上最好是自己控制。一來可以控制品質,二來可以控制驅動浪費的電力。有的比較差的驅動光消耗的電力就超過一瓦,無怪乎可以標示成品到達6瓦

3.熱 :
LED在PN介面電子電動對結合釋放能量時百分之70~80是以熱的形式釋放(白織燈泡大概是95以上以熱的方式釋放能量),所以散熱對LED 是很重要的,一般LED出廠直會有一項 Tj(Junction Temp.)指的是PN接面建議的溫度,然後經過封裝廠的熱阻可以推斷如果在量測LED封裝體上的 thermal pad (中間圓型)
的溫度是多少度可以讓LED的光衰時間拉長。
放大到在產品整體來看,熱從LED晶片傳到封裝體的thermal pad再經由導熱材料傳到電路板上導熱用的pad貼面然後再經過導熱材料傳到Heat sink,最終由heat sink 傳到空氣中,這中間到空氣前主要是由熱傳導方式在導熱,到了要到空氣中則以 傳導輻射對流三種方式 把熱散逸到空氣中。
傳導主要是材料的導熱係數和貼合程度,對流則是要考慮鰭片的構型是否可以增加空氣對流的效果,輻射則是熱以紅外線方式散逸到空氣中,可用特殊材料增加熱輻射效果。
許多人以為LED 產品外表不熱 就表示散熱好,這中間問題很多。
LED有多少瓦數 就會產生多少熱,這是固定的,所以在多少的體積內要能承受多少瓦數的 LED 也是固定的,只能說要朝發光效率提高的方式前進,LED才有未來。


另外還有一點要補充 LED 目前沒友直接發 白光 或是 暖白光 的晶片,因為目前還沒有兩種P型材料 加 N型材料可以釋放出全波長的光混成白光(之前某一位大學電子系教授堅持有這種晶片)。在半導體製程角度來看不是做不到,就是一個晶片裡面可以包含 R G B 的材料,或是在晶片上做 有顏色的microlens 讓光顯現出RGB 三種顏色不過前者的技術門檻太高 要從bare wafer 就要訂做,理論上可行實際上不可行,另外後者雖然似乎可行但是成本太高。
有關LED顏色照出來很醜,其實一般民眾可以拿 RGB 的圖紙去照照看,可以發現在紅色端是照不出來的,這是因為目前LED白光是採用藍色晶片激發黃色螢光粉混光而成。所以 參照LED封裝廠出廠的datasheet 發現紅色光譜那一段很弱。當然也是有解決之道,就是在產品上用配光方式,可以選一些 偏藍綠的 LED 搭配紅光 LED 去混出白光,但是可能做成成品每一顆都會有色差。另外是在螢光粉上 增加紅色螢光粉,但是這樣會影響到輸出的流明值(相同晶片)。
不過建議商照的客戶不要忽略這一點,這關係到你的產品在架上的賣相。使用演色性不好的產品會讓你的產品扣分超過你的想像。
另外演色性的數值是積分出來的,所以數值高不代表紅色端就可以照的出來。如果很再乎演色性的使用者請一定要先試驗過產品。










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