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为您全面剖析什么是LED芯片


  LED全名为light-emit ingdiode,中文名为发光二极管,现在应用于手电方面的白光LED发光原理为核心发光体发出蓝光,而后通过蓝光激发黄色的荧光粉,最终混合成为白光,发出光线。其与普通的白炽灯和三基色节能灯的最大的区别就是其光谱的不完整。并不是由完整的光谱合成的白光。虽然CREE公司已经发布了RGB三原色的LED,但是现在应用还是比较少的。
  首先要介绍下主流的生产LED发光体的厂商。流明(philips lumileds):飞利浦的全资子公司,在CREE公司出现前保持着量产发光体的最高效率记录,一直是主要的大功率LED供应厂商。虽然在手电方面的应用是越来越少了,但是其在大规模应用领域(如路灯照明等方面)还是占有着非常大的比重的。
  CREE:美国CREE公司,其于06年推出的P4级别LED,P4的发光效率全面超过lumileds的产品。打破一直以来由lumileds垄断的局面,成为备受欢迎的产品。CREE公司的产品由于其较好的发光效率和较合理的产品价格定位成为现今最受欢迎的LED生产厂商。现在起XM-L级别的LED被大量使用在手电照明领域
  韩国汉城半导体(SSC):韩国公司,自己并没有生产LED核心的能力,其采用的核心为CREE公司的。只是改变了其荧光粉与封装工艺。由于CREE的封装与传统的流明封装不同,所以需要存在的兼容的问题,SSC的封装与流明的封装相同,其较好的解决了兼容上的问题。其推出的P7型号多核心LED也很有特点。
  欧司朗(Osram):老牌的照明解决方案公司,其受到业界的瞩目是由于其于08年发布的Golden Dragon Plus(亦称金龙)系列LED(以后简称为GDP),此款LED核心体积非常小,发光效率也很不错,非常适合作为手电的发光体。不过其刚刚发布不久,产量上依然一个问题,采用此款LED的手电厂家也比较少。当然没有完美的事物,这款LED据使用者称,色温较高,长时间高温度工作后,会出现偏色的可能,毕竟是一新产品,还需要时间的认可。,
上面两家公司这几年已经开始淡出发烧的视线了。现在最主流的选择依旧是CREE的产品。
  比较被我们熟悉的有SST50SST90以及CSM360等型号LED特点是能够承受大电流但是发光体一般都比较大另外发光效率也不是特别高。在XM-L推出以后SST50基本完败了。luminus Devices公司的总部位于美国马萨诸塞州的Woburn市,是高性能固态发光器件和系统的开发和制造商。公司所开发的Phlat Light技术是基于在麻省理工研究院开发的,是唯一有足够亮度的大尺寸高分辨率电视的固态光源。
  这种新光源处于行业领先,公司开发和制造能发出1000+超亮度LED单芯光源,提供极端光通量密度和业界领先的可靠性。商用产品种类繁多,范围从5瓦至90瓦的日光白,中性白,暖白,红,绿,蓝,RGB,RGBW,等各色。luminus公司还为客户提供开发LED的解决方案,并在应用光学,电子驱动和散热管理等方面提供技术支持,以简化设计一体化和加速产品上市时间。
  讲到发光体,最重要的参数也就是发光效率了。发光效率,顾名思义即当通过固定电流时发光体能够发出来光线的多少。对我们来讲,发光效率当然是越高越好,当然发光效率越高,价格上也越昂贵。一般发光体的生产厂商都会标注发光体的发光效率等级,在选择上应用于手电的发光体在考虑价格的因素后自然是越高越好了。
  光学上的基础知识:1-发光强度:发光强度的衡量单位有照度单位(勒克司Lux)、光通量单位(流明Lumen)、发光强度单位(烛光 Candle power 1CD(烛光)指完全辐射的物体,在白金凝固点温度下,每六  十分之一平方厘米面积的发光强度。(以前指直径为2。2厘米,质量为75。5克的鲸油烛,每小时燃烧7。78克,火焰高度为4。5厘米,沿水平方向的发光强度)
  1LM(流明)指1CD烛光照射在距离为1厘米,面积为1平方厘米的平面上的光通量。
  1Lux(勒克司)指1LM的光通量均匀地分布在1平方米面积上的照度。在LED手电方面我们通常关心的是流明值的高低,实际上也就是光通量的多少。这里介绍最普遍为市场所接受的CREE公司的LED发光效率分类方式,CREE公司发光效率的等级区分是按照N3N4P2P3P4Q2Q3Q4Q5R2编号依次升高,现在主流的XM-L有U2级别的了。是比较关心的如何区分P4与Q5的区别,这里就要提及到CREE的制作工艺上的问题了,现在CREELED的生产上,本身都是同样的生产线进行生产的,而生产出来的LED有着一定的离散性,也就是说同样的生产线生产出来LED的发光效率有着高区别低之分。而后对生产出来的LED根据发光效率进行分类,这样就引入了从N3一直到U2的各种级别,这些级别本身也是有着一定的区间的,比如同样都是Q5级别也有发光效率高低之分。由于同样的制作工艺,所以现在可以很明确发光多少的前提下是根本无法凭借肉眼通过外观来进行分辨的,即使是在通电的情况下人眼对与几十LM的变化也是不明显的,相近级别的LED不凭借专业的器材是很难区别出来。
  除了发光效率还有一个重要的参数就是光色。由于白光LED的发光原理是混合为白光的,从光谱上来,看白光LED的光谱比自然光的光谱要少很多,而这样的问题在实际的应用当中就是显色性(显色性是指对物体色彩的还原能力)方面的问题了。而就现在LED科技发展的程度来讲,还没有能够完整形成自然光白光的完整的光谱的LED发光体,而由于核心发出的是蓝色光,波长较短,色温较高,穿透能力较差。LED在照明应用方面的穿透能力几乎是其一个永远的弊端,也几乎是其永远无法完全代替白炽灯的原因所在。CREE公司为了解决这样的事情推出了暖白、自然白等光色的LED,这种LED的加工工艺有所改变,荧光粉有所改变,最终的结果就是这种的LED所发出来的光比较“黄”,有些类似白炽灯泡的效果。常见的暖白、自然白Q2-5A、Q3-5C、P4-7B(以P4-7B为例,前者P4为发光体的发光效率,后者7B为光色)就是这样的LED。这些LED在户外的使用上有明显的改变。经过了一定的了解后会有这样的问题,Q5WH与Q5WC是什么,两个有什么区别,而Q35C又是什么呢。可以这样的来来回答,提到的这些都是CREE公司LED的简称,前者是发光效率的分级,后者是光色的分级,WH与WC是冷白LED的光色分级,具体的光色对比图可以参见下图的冷白光色对比图,其中WH是光色最暖的冷白光,WC是正白的光。
  发光体封装技术发光体的核心是非常脆弱的,直接暴露在表面将会直接影响其使用寿命,因而LED加工厂商普遍会对LED核心进行封装。封装也同样决定了LED的一次光学结构,即LED所发射出来的光线通过了封装的一次光学光路已经改发生了改变。从某种角度上来讲现在使用的最多的CREE厂的7090XR-E系列LED的一次光学并不是很好,诟病就是那个金属环。曾有人分析这个金属环,CREE使用金属环目的是将多余的被激发的荧光粉所发出来的黄色光屏蔽掉。这个金属环同样也将一次光学后的发光角度缩小了。其发光角度较小,半功率辐射角只有75度,远远小于Lumileds公司生产的LED的120度。发光角度的缩小对于二次光学来讲影响是非常大的。现在CREE之所以能够被普遍接受就是其发光效率要高,可以说是大家在发光效率和光斑的完美度的选择上最终屈服于了发光效率。
  在封装上除了所提及的发光体的一次光学外,还有一个比较重要的参数就是发光核心的体积。发光核心的体积越小,其发出的光线就接近点光源的效果,相对来说二次光学就更加容易做,光斑就更加完美。如Lumileds发布的名为Rebel的LED,其发光体的体积就非常小。但是此款LED的产量一直是一问题。同样还有最近Osram发布的GDP系列LED,发光效率可以超过CREEQ5但是封装体积要小很多。值得说明的是并不是封装越小就越好的,对于大功率LED散热的好坏是影响LED可靠性的一个重要因素,体积大些的封装在散热上要有着优势。
  LED未来发展方向
  作为未来的发展人们最关心的也就是亮度了,而做为亮度衡量的参数就是光通量,要想进一步提高光通量有几种方式:最理想的莫过于提高发光效率,但是发光效率的提高极限就是100%,而且越接近极限提高就越困难。虽然会有缓慢的提高,但毕竟这种的发展总是有限度的。第二种方式是增加LED的强壮性,从而提高核心的最大功率,现在流明的sst50与CREE的XM-L都能够承受大电流了。
  第三种方式是多核LED,把多个核心集合在一个封装里面,从而提高单个封装的功率和光通量,但是这样就会增加封装的面积。比较熟悉的CREE的MC-E就是这样的产品,而现在新的有SSM-80和四核心XM-L对应的产品,不过这样的发光体大了光密就差了些不那么适合于做手电的发光体了。第四种方式就是采用多个LED,现在有一些厂商也推出一把手电上采用多个LED,每个LED使用独立光杯的方案。两头的三头的都有。
  Vf值问题:Vf值是什么?
  LED是在电学上是二极管的结构,而二极管的正向导通是有着压降的,这种正向导通时的电压降值就是Vf值。LED本身有着个体的差异性,而现在普遍采用的CREELED都是根据发光效率来区分的,这样的区分本身也是一个区间,其也没有标称Vf值的,所以Vf值普遍是存在着离散性的。Vf值方面,相对来说是越低越好。Vf值越低,其工作时消耗的能量就越少,其驱动电路就越容易工作。
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