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白光LED照明是否該降降溫?

目錄:資訊中心星級:3星級人氣:-發表時間:2013-10-08 09:27:00
RSS訂閱 文章出處:超毅電子網責任編輯:NSW作者:NSW

 時下對于節能產品,全社會最為關注的莫過于被稱為第四代光源的LED,在產業資本和政府補貼的雙重推動下,近幾年來實現了爆發式的增長。可真是風起云涌,光艷、叱咤與時尚。

  然而在一片欣喜之中,白光LED真的如我們期待的那樣嗎?替代熒光傳統光源指日可待了嗎?我看未必。而且需要適當降降溫。更況且市場上的LED產品優劣參差不齊,品質實在讓人擔憂。消費者往往無所適從,受傷的最終還是消費者。

  我并不反對LED,但我覺得LED現在是過于炒作了,夸大宣傳,優點過于放大。

  這樣只能將 LED 行業引向歧途,不正視 LED 存在的問題,只能延緩 LED 應用

  的發展。

  在替代裝飾類如鹵素光源方面優勢是比較明顯的,因為比起鹵素光源的發熱與耗能,確實是優勢突出,安全與節能。這毫無疑問。但白光LED它能否成為主照明?我覺得還需慎重,我們現在就來探討一下LED。

  LED(Light Emitting Diode),發光二極管,簡稱LED,,是一種能夠將電能轉化為可見光的固態的半導體器件,它可以直接把電轉化為光。主要由帶PN結結構的固體半導體----芯片(半導體晶片由兩部分組成,一部分是P型半導體,在它里面空穴占主導地位,另一端是N型半導體,在這邊主要是電子。但這兩種半導體連接起來的時候,它們之間就形成一個“P-N結”),電極和光學系統組成。外部電源給PN結兩端加以正向電壓,使電流從P區流入N區,N區不斷注入電子,P區則不斷注入正電荷,當電子和電荷的能量達到一定值時,PN結處的電子與電荷便產生跨越,此時,電子與空穴相結合,在結合的過程中產生大量的能量,而這些能量以光的形式釋放出來,這就是LED發光的原理。而光的波長也就是光的顏色,是由形成P-N結的材料決定的。

  它本是一種通過控制半導體發光的顯示方式,用來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄像信號等各種信息的屏幕顯示。由于具有容易控制、低壓直流驅動、組合后色彩表現豐富、使用壽命長等優點,廣泛應用于城市各工程中、大屏幕顯示系統。LED可以作為顯示屏,在計算機控制下,顯示色彩變化萬千的視頻和圖片,或者用于指示、裝飾等輔助照明。

  但目前向主照明方向發展,我們就不得不考量一番了。首先,應用在主照明的白光LED的形成目前比較主流有如下兩種:

  第一種方式:利用RGB三基色混合成白光。利用紅、綠、藍三種LED芯片組合,封裝在一個二極管中,按照紅光、綠光、藍光分別是21%、69%、10%的比例,混合成人眼看到的純白色光,只要通過各色芯片的電流穩定,散熱較好,那么這種方式產生的白光穩定且制作簡單,但是,由于紅、綠、藍三種芯片的光衰不同,控制通過LED電流大小的驅動器性能品質要求較高,而且由于生產工藝的原因,目前的技術無法達到全色譜的效果,所以,一般不采用此方式。

  第二種方式:利用熒光粉實現白光。此方式又有三種實現方法。其中主流的方法是:在LED藍光芯片上涂覆釔鋁石榴熒光粉(黃色熒光粉)合成白光。目前主要做法是以460nm波長的InGaN藍光晶粒涂上一層YAG熒光物質,利用藍光LED照射此一熒光物質以產生與藍光互補的550nm波長黃光。再利用透鏡原理將互補的黃光、藍光予以混合,便可得出肉眼所需的白光。這是目前最主流的白光LED應用技術。

  以上兩者其實都是希望達到白光的效果,只不過一個是直接以白光(熒光粉)呈現,另一個則是以紅綠藍三色混光而成。

  此外,也有紫外LED配合RGB熒光粉,但是衰減問題與紫外線對人體影響,都是短期內比較難解決的問題,因此雖然都可以達到白光的需求,卻有不同的結果。

  不管是以哪種方式,它總是有一定的藍光,說到藍光,很多人就覺得它對人眼有一定危害。那么我們現在就說說藍光,它究竟是什么樣的一種光?為什么有危害?

  什么是藍光?藍光是波長為400~500nm的高能量可見光。我們舉一個例子認識一下藍光。有一種現象,舀一勺海水看看,海水既不是藍色的,也不是白色的,海水就像自來水一樣,是無色透明的。但為什么海水看上去是藍色的呢?這是太陽藍光在起作用。太陽光是由紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七種顏色的光組成的。當太陽光照射到大海上,紅光、橙光這些波長較長的光,能繞過一切阻礙,勇往直前。它們在前進的過程中,不斷被海水和海里的生物所吸收。而像藍光、紫光這些波長較短的光,雖然也有一部分被海水和海藻等吸收,但是大部分一遇到海水的阻礙就紛紛散射到周圍去了,或者干脆被反射回來了。我們看到的就是這部分被散射或被反射出來的光。海水越深,被散射和反射的藍光就越多,所以,大海看上去是藍色的。

  這就有人說了,太陽也有藍光嘛。的確,太陽確實是有藍光,正是因為太陽有藍光、紫光的存在,我們才沒有見過有人會長時間呆在陽光底下閱讀、看電視或用電腦。就算是在太陽底下工作,也要戴個草帽什么的遮遮。因為眼睛會受不了,皮膚也受不了。要不然,大家可以試一下在陽光底下看電視一兩個小時看看。

  就如長時間使用電腦或LED臺燈等,眼睛會出現疲勞、干澀、刺痛等癥狀,為什么呢?因為人眼最不能接受的是藍光和UV光,藍光殺傷人眼活性細胞的能力是綠光的10倍,而UV光殺傷人眼活性細胞的能力又是藍光的10倍,長期接觸大量低波長的藍光能大量殺傷人眼活性細胞。即使到時多吃有利眼睛的食品也會無作用。

  而LED臺燈的光源發射的白光之所以能夠形成主要是靠450~460nm波長的藍光激發熒光粉,其中波長越低擊發能力越強。通常LED光源的出廠波長控制在500nm之內,一般是450~455nm或455~460nm,都屬于輻射傷害最強的區段。如果波長變大,那么激發熒光粉的能力就下降,發光效率就會降低。生產廠家為了追求亮度,通常會加強LED光源的藍光強度,人眼如果長期看這樣的光源,難免眼睛會受到藍光傷害,會出現疲勞、干澀、刺痛等癥狀。而且色溫越高,藍光所占比例越高。

  另外,LED臺燈點燈的時間越長,光源中的熒光粉衰減越快,結果就會導致人眼接觸的藍光波段的光照越來越強烈,從而對人眼造成傷害。所以眼睛長期看LED光源,容易讓人產生頭暈眼花、不舒服的感覺,甚至會造成眼晴傷害,使得患眼病的機率會有所提高。提醒,不要讓眼睛長時間注視過亮的LED光源,以免眼睛受到傷害。

  LED還有一個特點,在這順便提一下,就是LED光不招蟲。這蟲子都怕或不喜歡的光,我們人眼就不怕、就喜歡啊?

  所以,家庭LED照明盡量少用。當然,也有人說可能是人們還不習慣這種光,為了節能環保,我們去適應LED光源環境也不是不可以,但有個前提就是這光源是健康的,要不然為了行業發展和商業利益而犧牲消費者的健康將是得不償失的。

  眼睛不像自然環境,可以先污染再治理,一旦受到損害,基本都是不可逆轉的終身遺憾。產業發展中,失去理性的奔跑注定是會摔跤的,之前還風光無限的光伏企業,目前掙扎在破產的邊緣,更早一點,乳品行業也曾以低標準來換得高速擴張,結果一個三聚氰胺事件毀掉了整個行業的聲譽,人們有越來越多的擔心,LED千萬不要成為下一個!

  對于LED燈具光生物安全性分類(危害性進行測試、分類)測試。各生產廠家可依據IEC 62471:2006標準進行。看看所生產的LED燈具是否有危害或危害程度是幾類。商家或用戶最好是讓生產廠家提供測試報告,也清楚準備購買或正在使用的LED燈具是否安全。測試項目如下:

  4.3 輻射危害的曝輻限值。燈分類:豁免類、1類危險(低危險)、2類危險(中度危險、3類危險(高危險):

  4.3.1 皮膚和眼睛的光化學紫外危害曝輻限值;

  4.3.2 眼睛的近紫外危害曝輻限值;

  4.3.3 視網膜藍光危害曝輻限值;

  4.3.5 視網膜熱危害曝輻限值;

  4.3.7 眼睛的紅外輻射危害曝輻限值;

  4.3.8 皮膚熱危害曝輻限值;

  5.2.1 輻照度測量:危害名稱

  a:光化學UV皮膚和眼睛;

  b:眼睛UV-A;

  c:藍光小光源;

  d:眼睛紅外;

  e:皮膚熱。

  5.2.2 輻亮度測量:危害名稱

  a:藍光;

  b:視網膜熱;

  c:視網膜熱(微弱視刺激);

  現在我們對白光LED光環境有一定的了解。我們再看白光LED的第二個問題。光衰與壽命。

  一般LED商家宣傳資料上都說壽命長達3萬小時以上,光源的有效壽命一般是指光源的總光通量下降到初始值(其實也就是光通維持率)的70%時的總共點燃時間。單顆LED芯片壽命的確很長,但要讓LED發光還有其它條件。我們無法回避的是LED光衰快與驅動電子元件能否堅持3萬小時?LED光衰是指LED經過一段時間的點亮后,其光強會比原來的光強要低,而低了的部分就是LED的光衰. 一般LED封裝廠家做測試是在實驗室的條件下(25℃的常溫下),以20mA的直流電連續點亮LED 1000小時來對比其點亮前后的光強。好些的熒光燈2000小時的光通維持率在90%左右,但LED 2000小時的光通維持率在75%以上就很不錯了。到了1萬小時就算驅動不壞,LED的光通維持率如只有50%甚至更低,還節能嗎?你還能接受這亮度嗎?當前,白光 LED 的光衰,主要有下列因素引起:

  1、熒光粉在較高溫度下的性能衰退;

  2、藍光 LED 自身的快速衰退;

  3、LED 封裝底座(支架)材料的導熱不良;

  4、封裝的其它材料引起光衰退;

  5、封裝工藝引起光衰退;

  6、應用不當,如供電不當、散熱不良等;

  7、紫外輻射對 LED 的影響是微弱的、長期的。

  以上這些要解決也不是一件很容易的事情。另外,LED戶外照明的防雷擊也是不得不考慮的問題,因為LED對靜電比較敏感。

  第三個問題就是光效。LED光效高,所以節能。的確,高光效是推崇白光LED成為主照明人士所津津樂道的。但實際上市場上賣的LED產品光效真如人們想象的那么高嗎?高光效與長壽命光衰之間找到了平衡點?2013年2月份中國賽西(廣州)實驗室的一份測試結果:四個廠家同樣的3W LED天花燈最低的光效只有24.1(lm/W,)!好的也就60.1(lm/W)。平均也就46.725(lm/W)。附3W天花燈測試報告統計數據:

  型號5033NADL954MW5028HSD590平均值

  輸入電壓(V)220.9220.08220.08220.08220.285

  輸入電流(A)0.034640.037160.044520.042830.0397875

  功率(W)3.442.813.954.173.5925

  功率因數0.450.340.400.450.41

  總光通量(lm)20368238182172.75

  發光效能(lm/W)59.024.160.143.746.725

  色品坐標X;0.31420.31390.30590.30980.31095

  Y:0.33820.32090.31550.32130.323975

  相關色溫63696499704667376662.75

  顯色指數(K)71.265.378.972.171.875

  光束角(°)Horizontal:24.320.027.129.325.175

  Vertical:22.619.928.429.825.175

  這高嗎?顯然不高。當然,這可能只是個別幾個廠家的LED產品水平,不能代表整個LED行業標準.但這說明什么呢?至少說明目前LED產品非常混雜.消費者在選擇時很難判斷,很容易受傷.LED球泡燈光效做的比較好的在75(lm/W)左右,直管光效做的比較好的光效在82(lm/W),這跟熒光燈相比沒什么優勢.但為什么人們會覺得LED會更亮些呢?主要是因為藍光部分強,肉眼感覺刺眼,就覺得更亮些。實際光效對比起來,節能燈、直管有過之而無不及。

  我們再說LED環保,比起熒光燈確實環保些,因為熒光燈有汞,對環境有污染。LED技術在國外是絕對的領先,但讓人納悶的是:比國內更注重環保的國外卻是LED應用在照明方面并不多見。莫非國外不懂?耐人尋味。現在LED進入門檻太低,什么公司、什么廠都在上LED照明項目,大到幾千人的大公司,小到三兩個人的小加工作坊,都在做LED照明燈具。行業過于混亂,技術低下,粗制濫造,質量根本無法保障。有的根本不是在節能環保,而是在制造電子垃圾,對節能環保無一益處,反而給后續處理會造成極大麻煩。不要說小廠、小加工作坊,就連有些大公司對于回收處理LED也沒有實質性可操作的具體方案。LED照明產品回收承諾書對于一些生產廠家來說也只是一紙空文而已。

  而且,LED照明的關鍵指標:結溫、光效、色溫、壽命等幾項參數急需解決。也不是一些小廠或小加工作坊就能解決的問題。

  結溫:是指芯片PN結的平均溫度,用Tj表示,即半導體芯片工作時結點區溫度,包括芯片本身允許最大結點工作溫度和LED工作時芯片的實際結點工作溫度兩方面。LED結溫的控制直接影響到LED出光效率,器件壽命、可靠性、發射波長等。是LED器件封裝和照明器件應用設計必須著重解決的核心問題。

  LED光效:LED的實際光效會隨著結點溫度的升高而降低。

  LED色溫:LED芯片發光的色溫會隨著結點溫度的變化而發生變化(色溫漂移)。白光LED受制造技術及生產工藝的限制,存在色差在所難免,控制其一致性是比較困難的。當然,色差越小,光色就越好。而且由于LED燈具一般為多個甚至幾十上百個芯片組成,如其中某幾只芯片有問題亮度暗或不亮,就會影響整體燈具的照明效果。

  LED壽命:LED芯片的實際工作結點溫度越高,超出芯片的最大工作結溫時,壽命將急速下降。

  LED的散熱:解決散熱問題是LED照明產品設計的核心內容。而熱阻是反映導熱材料熱量傳遞能力的綜合參量。單位:℃/W,即物體持續傳熱功率為1W時,導熱路徑兩端的溫差.不同材料,導熱能力有所差異,每種材料都有它自身的導熱系數.導熱系數越高,導熱能力就越強.LED的總熱阻是芯片內外各層的熱阻之和。總熱阻除了與各層的導熱系數有關外,還取決于各層間結合的緊密程度。如果層與層之間結合得不夠緊密的話,熱傳導就會受阻。

  熱阻同時還與散熱面積有關,散熱面積越大,散熱就越好。LED照明產品散熱通過合理科學的結構設計,運用對流換熱的原理,可加速LED光源的散熱。對流換熱可利用“煙囪效應”的熱空氣對流原理,加速LED光源產品的散熱,降低LED光源的工作溫度。實踐證明,采用該技術的LED光源工作性能更加穩定。“煙囪效應”就是戶內空氣沿著有垂直坡度的空間上升或下降,造成空氣加強對流的現象,稱為“煙囪效應”,也就是氣壓原理的延伸。

  目前廣東省LED直管標桿指標如下,各生產廠家可參考其指標檢驗自身的產品情況。

  1、平均系統光效。依據GB/T 9468-2008;

  2、色容差。依據GB/T 7922-2008;

  3、平均初始顯色指數。依據GB/T 9468-2008;

  4、功率因數。參照GB 17625.1-2003;

  5、空間色度不一致性。參照LM-79-08和GB/T 9468-2008;

  6、最大亮度。參照GB/T 9468-2008和GB/T 5700-2008;

  7、亮度均勻性。參照GB/T 9468-2008和GB/T 5700-2008;

  8、藍光危害。依據GB/T 20145-2006。

  故,我們應該正視白光LED存在的問題,不要回避,認真去解決。用其所長,避其所短。我們不否認LED的優點,但也不能因為它具有某些優點就全面開花,要不然,消費者醒悟之時便是白光LED泡沫破裂之時。

此文關鍵字:白光LED LED芯片
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