bwin888备用网址 - LED技术 https://www.ledinside.cn zh-cn 明纬探讨分析电源寿命及可靠度 knowledge/20190712-45603.html <p style="text-align: justify;"> 明纬于2008年,正式开发出第一款LED POWER SUPPLY-CLG-150,正式踏入LED蓬勃发展的产业市场。时至今日已超过10年,相关LED系列产品销售量不计其数。明纬欲追踪10年前应用于LED 路灯之电源性能及可靠度,故于市场端取得2008年制造之CLG-150 LED电源来进行分析探讨。</p> <p style="text-align: justify;"> 交换式电源供应器依设计的功率与架构不同,可由数十颗零件,甚至数百颗零件组成。每颗零件在设计上都一定有其必要性,所以如何确认实际寿命与信赖性评估一直为各厂牌的窍门,一般电源寿命评估主要由部分关键零组件的使用寿命来决定,譬如风扇、铝质电解电容等。明纬设计的产品寿命评估须通过ORT/DMTBF/冷热冲击/Life time验证,以确保产品寿命与质量。</p> <p style="text-align: justify;"> 本文主要讨论电解电容Life time验证与寿命评估。</p> <p style="text-align: justify;"> 铝质电解电容(aluminum electrolytic capacitor)受使用条件(温度,负载等)的影响很大,长时间的运作之下,其电容值减小且损耗角(tan&delta;)增加,而影响其使用寿命。这种现象主要是由电容中电解质的扩散效应(diffusion effect)所导致,即电解质扩散到外封材料进而散溢到外部。一般铝质电解电容寿命可使用Arrhenius定律(化学扩散反应速率)为基础来估算,于一段时间后逐渐干涸造成容值下降/内阻(ESR)上升而造成电容损坏。当环境温度增加10℃,其寿命会减少一半,反之,如温度降低10℃,其寿命会增加1倍。</p> <p style="text-align: justify;"> 此外,下图表示典型的产品寿命期间之故障率曲线图(浴缸曲线)。</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2019-07/1562911534_85125.png" /></p> <p style="text-align: center;"> 浴缸曲线</p> <p style="text-align: justify;"> <strong>(1)初期故障期间<br /> </strong></p> <p style="text-align: justify;"> 为了防止初期故障,在成品出货之前已筛选出不良零件和做过老化测试,因此S.P.S.交给客户时大都已进入偶发故障期间。</p> <p style="text-align: justify;"> <strong>(2)偶发故障期间<br /> </strong></p> <p style="text-align: justify;"> 产品稳定度与其信赖度(MTBF)有关,基本上故障率都很低,但是偶发期间的故障率与使用者的安装和工作条件(环境温度、减额、通风、振动)有关。</p> <p style="text-align: justify;"> <strong>(3)耗损故障期间<br /> </strong></p> <p style="text-align: justify;"> 偶发故障期后产品即进入耗损故障期间,此时大都属于零件的老化(如风扇、电解电容器)。</p> <p style="text-align: justify;"> <strong>使用寿命(life time)与负载(load)及温度之关系<br /> </strong></p> <p style="text-align: justify;"> 依上述浴缸曲线来探讨,对于偶发故障期间之信赖性与使用者安装或应用条件(环境温度、减额、通风、振动)有关。先屏除其他外在影响条件,以环境温度(Tamb.) 或产品机壳温度(Tcase)与负载条件实行产品寿命分析探讨。</p> <p style="text-align: justify;"> 明纬产品寿命验证是以国际知名电解电容制造商提供的计算方式为根据,以CLG-150机型为例,为全灌胶机种, 其设计输出电容采用10000小时@105℃之日系品牌铝质电解电容,其电容寿命V.S 负载V.S温度之关系说明如下。</p> <p style="text-align: justify;"> A.使用寿命与负载及环境温度之关系. : 如图(一)</p> <p style="text-align: justify;"> 使用寿命与负载之关系,当环温为55℃时,负载操作于100% 其寿命约为35Khrs;当负载减额至75%使用,其寿命约为57Khrs,也就是当负载减额使用至75%,寿命可提升1.6倍。</p> <p style="text-align: justify;"> 使用寿命与环温之关系,当负载操作于75% LOAD,其环境温度操作于55℃其寿命约为57Khrs;当环境温度下降至45℃,其寿命约增加1倍为114Khrs。</p> <p style="text-align: justify;"> B.使用寿命与机壳温度之关系 : 如图(二)</p> <p style="text-align: justify;"> 由于灌胶机型,使用者不易量测内部电容温度,故可量测Tcase的温度来评判。假设Tcase小于55℃时,其寿命约为100Khrs;当Tcase为70℃时,其寿命约为35Khrs。</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2019-07/1562911525_82446.png" /></p> <p style="text-align: center;"> 图(一) 寿命 V.S 负载 V.S环境温度&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 图(二) 寿命 V.S 机壳温度</p> <p style="text-align: justify;"> <strong>电气性能与可靠度分析<br /> </strong></p> <p style="text-align: justify;"> 实际从市场端取回使用10年的CLG-150产品(2008/12制品-应用于路灯),分析产品之电气性能与可靠度,摘要重点如下:</p> <p style="text-align: justify;"> <strong>&bull; 电气特性-重要电器规格分析<br /> </strong></p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2019-07/1562911758_43207.png" style="height: 471px; width: 600px;" /></p> <p style="text-align: justify;"> <strong>&bull; 可靠度特性-电解电容容值分析<br /> </strong></p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2019-07/1562911761_18076.png" style="height: 346px; width: 600px;" /></p> <p style="text-align: justify;"> <strong>总结:<br /> </strong></p> <p style="text-align: justify;"> 明纬设计及零件选用,皆以长期信赖为基础。佐以目前相关实施之可靠度测试(环测温升限制/ORT长时间寿命烧机验证/冷热冲击/震动/防水/盐雾&hellip;),实际从市场端使用10年产品,确认相关参数(电气/绝缘/零件寿命..)皆正常,亦证明10年前台湾地区首批配置于路灯之产品质量良好,估计使用10年无问题,佐证了明纬相关可靠度评估,长期使用之可靠度佳。</p> <p style="text-align: justify;"> 此外,LED驱动电源选购与搭配上需选用高效率的电路设计产品,且零件设计使用高质量电解电容的LED驱动电源,亦为提升灯具寿命之参考方向。</p> <p style="text-align: justify;"> 明纬将持续秉持-全面品保/客户满意之质量政策,长期提供质、量、成本最佳组合之产品与服务。</p> <p style="text-align: justify;"> &nbsp;</p> <p style="text-align: right;"> 来源:明纬电源</p> <p style="text-align: justify;"> <strong>如需获取更多资讯,请关注LEDinside官网(www.ledinside.cn)或搜索微信公众账号(LEDinside)。<br /> </strong></p> LED驱动电源 明纬电源 Fri, 12 Jul 2019 13:59:15 +0800 45603 at https://www.ledinside.cn 明纬谈LED驱动器电压选择实务与实际应用 knowledge/20190505-45170.html <p style="text-align: justify;"> 在灯具设计中,如何估算 LED的电压,是一门看似简单却需要注意许多细节的知识。首先,每颗工厂产出的LED,即使在相同条件下测试,顺向偏压或多或少都会有些差异。其次,LED电压还会随着温度而变化。想要确保灯具的使用性及信赖性,大家必须了解几个会影响LED电压的因素,适当的评估误差值,才能正确选择驱动器的输出电压规格。本篇文章分别先容三个影响LED电压的最大因素,简要的说明考量点及预估。此外,针对温度的影响,新型LED电源具备了环境适应功能,这对灯具设计有何好处也会在以下说明。文章最末,会提供一个完整设计考量的例子供参考。</p> <p style="text-align: justify;"> 一般灯具设计都会牵涉到光学、热学及电学。灯具的主要目的当然是要满足应用环境对光的要求,象是照度或是色温等等。要满足这些要求,首先LED的型号、种类、数量及驱动电流必须先定义。当以上条件决定后,每个单颗的LED驱动条件基本上已设定完成,灯具整体功率也随之固定。然而灯具整体的电压和电流,取决于设计者如何排列组合LED,可是全部串联,或是有串联有并联,而这部分的考量通常与安规要求的最高电压或是LED模块化的设计有关。灯具整体概略电压可由下列公式得出</p> <p style="text-align: center;"> <strong>Vforward_total = Vforward x Num/String<br /> </strong></p> <p style="text-align: justify;"> 上述公式相对简单并可提供设计者一个概略方向,但对灯具的最终设计来说,却有所不足。完整的设计考量至少还需注意到以下三点:</p> <p style="text-align: justify;"> 1) LED 的V-I特性<br /> 2) LED的生产差异<br /> 3) LED的温度系数<br /> 以下分三段做说明。</p> <p style="text-align: justify;"> <strong>LED的V-I特性<br /> </strong></p> <p style="text-align: justify;"> 理想的LED V-I曲线如图一所示,LED电压不受流过电流影响。然而实际上,LED的驱动电流是会影响LED上的电压。以图二为例,当LED操作在350mA时,电压约3.2V,当操作在1A时, 电压会升到3.8V。单颗的小压差在多颗LED串联时会变得更明显。设计者需注意LED规格书上标称电压测试的电流条件是否与灯具设计一致。如果灯具采用的是另一个电流,或是电源的纹波电流峰值变化较大,则应根据V-I特性曲线重新估算电压值。</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2019-05/1557043635_17650.png" style="height: 43px; width: 600px;" /></p> <p style="text-align: center;"> 表 一 规格书Vf参数</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2019-05/1557043657_91713.jpg" style="height: 221px; width: 300px;" />&nbsp; <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2019-05/1557043665_51395.png" style="width: 260px; height: 240px;" /></p> <p style="text-align: center;"> 图一 理想V-I曲线&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 图二 实际V-I曲线</p> <p style="text-align: justify;"> <strong>LED 生产差异<br /> </strong></p> <p style="text-align: justify;"> LED的顺向偏压会有一定程度的生产差异。一条成熟的LED生产线通常差异会较小并呈常态分布,如图三。生产差异对LED电压的影响通常小于10%,这可以从LED 规格书上参考电压的最大值与标准值比例看出。确切的数值或是分布曲线则必须询问LED制造商。</p> <p style="text-align: justify;"> 虽然说最极端的状况可能是 +/- 10%,但实际上使用时,越多LED在同一串,机率上越有可能接近中间值。如果客观条件允许,通常建议电源保留10%的余裕,一来可确保驱动电流不受LED的生产差异影响,二来即使没用到此区间,将电源少许降载也对延长电源寿命有所帮助。</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2019-05/1557043744_51322.png" style="height: 302px; width: 500px;" /></p> <p style="text-align: center;"> 图三 LED Vf 生产常态分布</p> <p style="text-align: justify;"> <strong>LED 温度系数<br /> </strong></p> <p style="text-align: justify;"> LED电压属于负温度系数,这意指当温度上升时电压会下降,反之,温度低时电压相对高。灯具的热流设计通常会平衡LED的自发热,因此在稳态的时候,LED的温度及电压也相对固定。对电压而言,最严苛的条件会落在灯具冷启动时。LED规格书表格中的电压通常都设定在常态工作温度,若需估算冷启动电压,则需参考V-T曲线或是利用LED制造商提供的工具App输入参数(Tj)而得。</p> <p style="text-align: justify;"> 温度系数与前面两个因素(电流、生产)最大的差异是,温度对电压的影响是暂时性的。当LED启动后, 因自身发热,电压会逐渐降低回到正常位准。也就是说,电源其实不需要无条件地保留冷启动所需要的电压余裕,只需在启动后一小段时间,暂时性的提高输出电压范围。</p> <p style="text-align: justify;"> 市面上有部分进阶机种提供了环境自适应功能,允许驱动时检测和自动调节输出电压电流,在灯具达到稳定运转状态后进入恒流区域。HLG-480H-C系列就具备此项功能,电源可以自动降低电流并提高电压最多到120%,以确保灯具在低温时能顺利开启,当灯具开启并升温后,电流自动回复到原始设计值。这样的设计可确保灯具低温开机,同时不影响电源的寿命,设计者也不需要多花预算选用较高功率的电源来确保开机的短暂需求。举一个实际的数字,HLG-480H-C1400 可操作在171~343V,而在低温(如 - 40&deg;C)时,可提供高达412V的瞬时电压直到灯具进入稳定工作。</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2019-05/1557043968_15759.png" /></p> <p style="text-align: center;"> 图四 V-T曲线</p> <p style="text-align: justify;"> HVGC的constant power 系列也有类似功能,使用者可经由调光控制,暂时性的降低电流并提升最高输出电压。其它机种也有许多可能性,如您有关于LED冷启动的相关问题,欢迎询问各地明纬电源专家。</p> <p style="text-align: justify;"> <strong>电压计算范例<br /> </strong></p> <p style="text-align: justify;"> 某灯具共使用100颗LED驱动在1.05A,灯板上2并50串,灯具装置的最低环温是0&deg;,设计者应如何决定合适的LED电源?</p> <p style="text-align: justify;"> 方式一:询问LED制造商有无工具App可以使用,将参数输入,直接得到答案。</p> <p style="text-align: justify;"> 方式二:从LED 规格书,参考相关资料得到答案。</p> <p style="text-align: justify;"> 步骤一:查阅LED V-I曲线, 订出中间值电压。</p> <p style="text-align: justify;"> 根据图二,LED在1.05A时为3.8V</p> <p style="text-align: justify;"> 步骤二:50串所以总电压为单颗的50倍。</p> <p style="text-align: justify;"> 3.8 (V) x 50 (pcs) = 190 V</p> <p style="text-align: justify;"> 步骤三:考虑生产误差。</p> <p style="text-align: justify;"> a.表 一中LED中间值为3.2V,最高为3.48V<br /> b.3.48 (V) / 3.2 (V) = 108.75 %<br /> c.190 (V) x 108.75% = 206.6 (V)</p> <p style="text-align: justify;"> <strong>小结<br /> </strong></p> <p style="text-align: justify;"> LED 稳态时总电压中间值为 190V。</p> <p style="text-align: justify;"> LED稳态时总电压最高值为207V* (假设LED电源纹波电流极小可忽略)。</p> <p style="text-align: justify;"> 步骤四:参考温度系数。</p> <p style="text-align: justify;"> 从图四看出, LED (350mA) 在85&deg;C的时候是3.2V, 0&deg;C的时候是3.6V</p> <p style="text-align: justify;"> 3.6 (V, Tj=0) / 3.2 (V, Tj=85) = 1.125 &lt; 1.2</p> <p style="text-align: justify;"> 冷启动时</p> <p style="text-align: justify;"> LED 总电压中间值为190V x 1.2 = 228 V<br /> LED 总电压最高值为207V x 1.2 = 248.4 V</p> <p style="text-align: justify;"> <strong>LED 电源选用:<br /> </strong></p> <p style="text-align: justify;"> 建议机种 HLG-480H-C2100,原因如下述。</p> <p style="text-align: justify;"> 灯具稳态时一般会操作在190V / 2.1A (399W)条件下,最差状况是207V (435W)。此条件HLG-480H-C2100皆可满足。同时它的纹波电流机低可以忽略。冷机时,最高电压会到249V,这虽然不在它的固定输出范围内,但它的环境自适应功能可提供最高275V的瞬时电压,可保证开机的稳定性。因此HLG-480H-C2100是最佳的机种。</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src=" //img.ledinside.cn/led/2019-05/1557043823_75132.png" style="width: 600px; height: 151px;" /></p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src=" //img.ledinside.cn/led/2019-05/1557043829_65323.png" /></p> <p style="text-align: center;"> &nbsp;</p> <p style="text-align: right;"> 来源:明纬电源</p> <p style="text-align: justify;"> <strong>如需获取更多资讯,请关注LEDinside官网(www.ledinside.cn)或搜索微信公众账号(LEDinside)。<br /> </strong></p> LED技术 LED驱动电源 Sun, 05 May 2019 16:01:18 +0800 45170 at https://www.ledinside.cn bwin国际功率偏差分析 knowledge/20190325-44978.html <p style="text-align: justify;"> LED 照明产品“质量门”事件高发,一方面是行业规范和监管缺位,另一方面是企业自身品质意识淡薄,设计能力、工艺水平缺陷。</p> <p style="text-align: justify;"> 本文以 LED 灯具功率偏差失控为例,理论推算结合案例演算,详细分析驱动电源恒流精度,LED 正向压降分布对灯具功率的偏差影响,供设计人员参考,以提升 LED 产品的设计品质。</p> <p style="text-align: justify;"> 近期各媒体频繁报道国家和地方质检部门抽检 LED 光源和 LED 灯具质量不合格事件,高发的“质量门”事件严重损害企业自身形象和我国 LED 产业在国际舞台的品牌形象,情势令人警醒。</p> <p style="text-align: justify;"> 在不合格测试项目中,灯具实际测试功率与产品宣称功率不符合占不小的比例。早在 2010 年我国已发布国家标准 GB/T24908-2010《普通照明用自镇流 LED 灯性能要求》中的第 5.3 条要求“灯在额定电压和额定频率下工作时,其实际消耗功率与额定功率之差不应大于 15% 或 0.5W”,国际电工委员会亦在 IEC62722-1 第 7 款中要求“灯具的电参数标称值与实际值偏差不应大于 10%”。</p> <p style="text-align: justify;"> 笔者认为,造成产品功率偏差的原因有如下几点:</p> <p style="text-align: justify;"> 第一, 迫于成本压力,生产环节偷工减料,省去了必要的产品测试流程,不合格品未在厂内剔除,以次充好流向市场。</p> <p style="text-align: justify;"> 第二, LED 灯珠散热设计余量不足,装配工艺,来料的偏差造成灯珠过热,正向压降(Vf)下降失控,造成灯具实际功率偏离下限。</p> <p style="text-align: justify;"> 第三, 灯具选配的驱动电源热稳定性差,输出电流温度漂移大,直接造成灯具功率在大范围偏离。</p> <p style="text-align: justify;"> 第四, 为降低 LED 灯珠来料采购成本,灯珠采购未按设计要求挑选 LED Vf 分布 BIN,造成 LED 实际消耗功率偏离设计中心值。</p> <p style="text-align: justify;"> 第五, 选配的驱动电源恒流精度低(一般为 5%-8%),无法适配灯珠多样的 Vf BIN。</p> <p style="text-align: justify;"> 笔者认为,前三个原因直接反应生产厂家的品质意识淡薄,与设计关联性不大,本文不展开评述,后两个诱因与灯具驱动电源的精度设计有强相关性,具体分析如下:</p> <p style="text-align: justify;"> 根据灯具功率计算表达式</p> <p style="text-align: justify;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2019-03/1553493286_98739.jpg" /></p> <p style="text-align: justify;"> 推导出:</p> <p style="text-align: justify;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2019-03/1553493291_92820.jpg" /></p> <p style="text-align: justify;"> Pin-灯具标称功率<br /> △P-偏差百分比<br /> C-驱动电源效率<br /> U0-LED灯串正向压降设计中心值<br /> △U-偏差百分比<br /> I0-LED驱动电流设计中心值<br /> △I-偏差百分比</p> <p style="text-align: justify;"> 假定驱动电源精度 (?I) 为 5%,若要满足 IEC 功率标称要求,?P 在 10% 以内,根据表达式【1】计算得出 LED 灯串电压偏差百分比(?U)约为 4.8%,这意味着要严格筛选 LED 灯珠 Vf BIN,直接造成隐形的灯珠采购成本攀升。</p> <p style="text-align: justify;"> 例如,工程师选用 OSRAM LCW CRDD 系列灯珠(Vf BIN 表如下)12 颗设计中心值为 36V 的灯串。</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2019-03/1553493599_73776.jpg" /></p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2019-03/1553493606_34827.jpg" /></p> <p style="text-align: justify;"> 若选用恒流精度 5% 驱动电源,则要求灯串压降最小值为 34.27V,最大值为 37.72V。</p> <p style="text-align: justify;"> 对照灯珠的 Vf BIN 分布表格不难发现,在不采取有效混 BIN 措施的情况下,近一半的灯珠无法在量产时使用,灯珠采购成本间接大幅增加。</p> <p style="text-align: justify;"> 若选用恒流精度为 1% 驱动电源,则要求灯串压降最小值为 32.79V, 最大值为? 39.204V,完全覆盖灯珠 Vf BIN,无需任何混 BIN 措施,生产成本,采购成本大幅减少。</p> <p style="text-align: justify;"> 通过上述案例对比分析不难看出,高精度驱动电源可以有效规避灯具厂繁琐且难以预测比例的灯珠混合使用的困扰,大幅减少系统综合成本,电源的“小代价”换来系统的“大收益”。</p> <p style="text-align: justify;"> LED 照明竞争已趋于白热化,产品价格持续走低,以牺牲产品品质甚至违背行业规范和法规要求为代价的低价策略不可取。LED 行业从业技术人员必须在满足产品质量要求前提下,探索低成本解决方案,让普通人都能买得起且高品质的 LED 照明产品。(文:郝祥银)</p> <p style="text-align: justify;"> 编辑概况</p> <p style="text-align: justify;"> 郝祥银,南昌大学电子工程本科毕业,桂林理工大学工商管理研究生,现任朗德万斯照明深圳运营中心灯具配件部高级职能专家,曾在美资艾默生网络能源,德资欧司朗照明工作数年。</p> <p style="text-align: justify;"> ?</p> <p style="text-align: justify;"> ?</p> <p style="text-align: justify;"> 如需转载,需本网站E-Mail授权。并注明"来源于LEDinside",未经授权转载、断章转载等行为,本网站将追究法律责任!E-Mail:service@ledinside.com</p> <p style="text-align: justify;"> <strong>如需获取更多资讯,请关注LEDinside官网(www.ledinside.cn)或搜索微信公众账号(LEDinside)。<br /> <br /> </strong></p> bwin国际 Mon, 25 Mar 2019 13:48:01 +0800 44978 at https://www.ledinside.cn 明纬电源:何谓恒功率设计的LED驱动电源? knowledge/20190129-44774.html <p style="text-align: justify;"> 近期LED电源产业中最热门的话题之一,非LED恒功率驱动莫属。LED为何一定要定电流驱动? 为何不能恒功率驱动? 在讨论此议题之前,大家必须先了解为何LED一定需要定电流驱动? 以图(a) LED I-V曲线来说明,当LED顺向电压产生2.5%变化时,通过LED的电流会有约16%的变化,而且LED顺向电压容易受温度影响,高低温度的温差甚至会让电压变化差距高达20%以上,此外,LED亮度与LED顺向电流成正比,电流差异过大会造成亮度变化过大,所以LED必须采用定电流驱动。然而,LED是否可以采用恒功率驱动呢? 首先,屏除恒功率是否等同于恒亮度这个议题,以单纯讨论恒功率驱动器设计的角度而言,LED I-V与温度曲线的变化来看似乎可行。那LED驱动器制造商为何不直接设计恒功率驱动的LED驱动器? 其中牵涉的原因很多,要设计恒功率线路并不难,只要搭配MCU ( Micro Controller Unit ) 侦测输出电压电流,透过程序计算去控制PWM ( Pulse Width Modulation ) 责任周期,控制输出功率于图(b)蓝色恒功率曲线上,如此便可达到恒功率输出,但这个方式增加了许多成本,而且当发生LED短路损害时,恒功率LED驱动器会因为侦测到较低电压而提升电流,此现象将可能造成更大的危害。加上LED温度特性是负温度系数,当温度越高时,大家希望把输出电流降低,以维持LED高寿命的表现,然而,恒功率做法却与此考虑相互抵触,在LED高温应用时,LED驱动器因为侦测到较低电压而把输出电流升高了。综合考虑上述各方面因素,提供客户宽范围电压/电流输出的「类恒功率」LED驱动器是提供给客户最有效益的解决方案。</p> <p style="text-align: justify;"> 明纬部分产品所标示的恒功率LED驱动器即特别采用此类恒功率的优化设计,目的在于能提供客户一个宽范围电压/电流输出的类恒功率LED驱动器,不仅能兼顾使用者需求与避免因过度设计造成的成本增加或因LED特性而造成使用上的困扰,甚至造成灯具故障,提供类恒功率的宽范围设计产品可说是目前市面上LED驱动电源最有效益的解决方案。</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2019-01/1548754291_88905.png" /></p> <p style="text-align: center;"> 图(a) LED I-V曲线</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2019-01/1548754295_57031.png" /></p> <p style="text-align: center;"> 图(b) LED I-V曲线与温度</p> <p style="text-align: justify;"> 明纬新推出的XLG家族全系列采恒功率设计,宽范围输出电压/电流提供弹性及高效能的LED电压/电流配置,可减少机型数与库存,以图(c)ELG-75-48 / 图(d)XLG-75-H电压电流特性曲线说明,ELG-75-48最大功率点为48V/ 1.56A。如果客户灯具电压低于48V,依定电流产品设计原则,客户无法调高输出电流,如此输出功率会较低,无法达到额定功率输出。XLG-75-H采定功率设计,客户可以依照曲线调整输出电流来搭配LED 灯板实际设计的驱动电压Vf (Forward Voltage)做额定功率输出,灯具电压在36V~56V区间都可以透过电流调整达到恒额定功率输出,此区间即为恒功率区间。为达到宽范围恒功率区间,XLG系列采用的设计方式也必须使用更高规格零件以达到所需的验证要求,客户如果有更高灯具寿命与信赖性的需求,XLG家族宽电流调整范围的特点也方便客户自行调整电流使用,详细规格请参阅产品规格书。</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2019-01/1548754298_99714.png" /></p> <p style="text-align: center;"> 图(c)ELG-75-48 I-V曲线</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2019-01/1548754303_54015.png" /></p> <p style="text-align: center;"> 图(d)XLG-75-H I-V曲线</p> <p style="text-align: justify;"> &nbsp;</p> <p style="text-align: right;"> 来源:明纬电源<br /> 编辑: 工程部&nbsp; 谢正堂</p> <p style="text-align: justify;"> <strong>如需获取更多资讯,请关注LEDinside官网(www.ledinside.cn)或搜索微信公众账号(LEDinside)<br /> <br /> </strong></p> LED驱动电源 明纬电源 Tue, 29 Jan 2019 17:28:53 +0800 44774 at https://www.ledinside.cn 分析:适用于DCI影片院LED显示屏的LED规格要求 knowledge/20190125-44759.html <p style="text-align: justify;"> <strong>摘 要<br /> </strong></p> <p style="text-align: justify;"> DCI影片院LED显示屏是现在行业内最热门的话题之一。对比与传统的投影显示,LED显示具有众多技术优势,如更大的动态亮度范围、更好的亮度颜色均匀性、无图形畸变、尺寸任意拼接等。而LED显示屏进入影片院应用首先需要满足DCI(Digital Cinema Initiatives)标准的认证,本文针对其中的显示图案要求,分析适合该应用的LED的技术规格要求。</p> <p style="text-align: justify;"> <strong>一、背景和DCI标准<br /> </strong></p> <p style="text-align: justify;"> 随着第一块通过DCI认证的LED显示屏上市,LED显示技术打开了影片院显示屏的海量市场。据LEDinside估计,中国影片院市场现存月40000块显示屏,并以每年10%以上的速度增长。按照4K分辨率的像素点计算,整个市场潜在LED用量将是350kkk。然而LED显示屏进入影片院市场需要满足DCI(Digital Cinema Initiatives)标准的严格技术测试CTP(Compliance Test Plan)要求。</p> <p style="text-align: justify;"> DCI组织由全球最大的六家影片企业联合创建,旨在建立统一的数字影片播放标准, 保护数字影片版权和确保影院视听体验。DCI标准涵盖数据形式、编解码接口、传输方式、安全保障、包含服务器、投影、音频及控制的影院硬件系统。本文旨在针对显示屏本身,从标准要求出发,理解适用于DCI影片院显示屏的LED规格定义。</p> <p style="text-align: justify;"> DCI对于显示图像的要求可以参考一下表1。屏幕分辨率要求2K (2048 x 1080)或者4K(4096 x 2160),亮度要求48 ± 10.2 cd/m2,对比度要求至少1200:1(测试条件为影院环境光,屏面反光小于0.03cd/m2),白平衡点已经色域要求如图1所示,同时允许一定的误差。标准R, G, B三基色对应的饱和度主波长分别是100% 621nm、89.5% 544nm、92.9% 465nm。</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2019-01/1548397672_67652.jpg" /></p> <p style="text-align: center;"> 表1:DCI_DCSS_v12对显示图像的要求</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2019-01/1548397681_69204.jpg" /></p> <p style="text-align: center;"> ▲ 图1:DCI白平衡点和色域要求</p> <p style="text-align: justify;"> <strong>二、LED的封装选择<br /> </strong></p> <p style="text-align: justify;"> 由于影片屏在实际使用时,影厅的大小种类繁多,DCI标准对于屏幕的尺寸是不作强制规定的,那么对应于4K (4096 x 2160)分辨率固定的屏幕,不同的屏幕尺寸就有不同的LED点间距,如2.5mm点间距对应于10.3m宽的小厅屏幕,3.3mm点间距对应于13.5m宽的中大厅屏幕。</p> <p style="text-align: justify;"> 对于这个点间距范围的显示屏,LED尺寸的可选范围可以从1010,1616到2020,多种封装形式可选。而由于影院的观影设置,可以保证即使第一排观众也不能分辨出像素点,基于这样的前提,应该选用封装尺寸尽量小的LED(如1010),提高黑色面板或面罩表面积在整屏面积的占比,提高对比度。</p> <p style="text-align: justify;"> <strong>三、LED的亮度要求<br /> </strong></p> <p style="text-align: justify;"> 按照48cd/m2的亮度要求,2.5mm的像素点间距,以及30扫的驱动形式估算,每颗LED的发光亮度是9mcd,按照DCI白平衡点的要求计算,三基色比例为R : G : B = 20.9 : 72.2 : 6.9,对于单颗LED的R, G, B亮度要求为1.9mcd, 6.5mcd, 0.6mcd。这样的亮度规格是远小于当今主流1010尺寸LED的发光亮度的。</p> <p style="text-align: justify;"> LED显示控制系统诚然可以通过灰度等级控制把出售设计亮度较高的LED显示屏降到48cd/m2,但会带来诸多低灰显示的问题,如红色色飘、像素不均匀等。</p> <p style="text-align: justify;"> 受限于驱动芯片的最小电流规格,LED的驱动也电流不可能无限降低,这就需要LED通过自身的设计来降低发光亮度,如可能的进一步降低芯片尺寸,或在封装体中进入更多的吸光颗粒。但是,这都是以牺牲光电效率为代价的。如果驱动芯片的最小驱动电流能进一步降低、或者支撑扫描数能进一步提高,则可以在不牺牲光电效率的前提下降低LED显示屏的亮度。而LED本身,只有精确选择适合于DCI白平衡点颜色比例的R, G, B芯片比例,以后可以满足驱动芯片电流要求的亮度,才是最完美符合应用要求的LED。</p> <p style="text-align: justify;"> <strong>四、LED的颜色要求<br /> </strong></p> <p style="text-align: justify;"> 根据DCI定义的DCI-P3色域,显示屏的R,G,B三基色有严格的色坐标要求。对于LED显示屏而言,需要LED要有严格的色坐标规格。但是目前市面上,绝大多数的LED供应商采用主波长规格定义颜色,而主波长是从一个维度(色调)上定义的颜色,缺失了颜色的另一个维度(饱和度)信息。相同主波长的颜色在色空间对应于一条通过等能量点 (0.333, 0.333) 的一条直线,而不是一个精确的色点。所以,为了精确满足DCI-P3色域要求,首先需要选用色坐标定义颜色的LED,而不是不精确的主波长定义。</p> <p style="text-align: justify;"> 由于显示混光的原理,显示屏初始设计色域可以等于或者大于DCI-P3色域,也就是R,G,B三基色的初始设计色坐标不需要直接是DCI-P3规定的色坐标,可以是如图显示的每个基点双边外延线和色空间边界所形成的区域(如图2所示)。其中绿色和蓝色分别是一块类似三角形的小区域,由于LED的颜色离散性,这么小的颜色范围几乎没法在LED大规模量产中达到;而对于红色,由于DCI-P3规定的基点已经位于色空间边界上(饱和度100%),所以理论上LED就没有满足的可能性。</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2019-01/1548397686_28245.jpg" style="height: 505px; width: 450px;" /></p> <p style="text-align: center;"> ▲ 图2:满足DCI色域要求的LED色坐标范围</p> <p style="text-align: justify;"> 而考虑到实际量产和测试的误差, 在应用及认证过程中,DCI标准定义了屏幕三基色色坐标允许的误差范围(参见表1),在CIE 1931色空间中如图3所示的矩形色坐标范围。</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2019-01/1548397695_55520.jpg" /></p> <p style="text-align: center;"> ▲ 图3:DCI标准允许的DCI-P3三基色误差范围(具体参数见表1)</p> <p style="text-align: justify;"> 结合上述的色域混光外延原理,实际的LED色坐标要求可以扩展到图4、5、6所示区域。红光为由图5中五个坐标点和色空间边界构成的区域,绿光为由图6中四个坐标点和色空间边界构成的区域,蓝光为由图7中五个坐标点和色空间边界构成的区域。</p> <p style="text-align: justify;"> 那么,是否使用按照这三个区域定义颜色的LED就能得到满足DCI-P3色域要求的LED显示屏呢?实际应用中还需要注意以下两个问题:</p> <p style="text-align: justify;"> 第一,LED在不同驱动电流和工作温度下会有色坐标漂移。如果LED供应商的色点测试电流和LED在显示屏设计工作电流的差异过大,则很可能导致屏上色点漂移出允许的区域。同样,实际应用时LED节温稍高于25°C也可能导致色点漂移。针对该问题,最好的方式是LED供应商提前了解得知确定的设计电流,然后在尽可能相同的电流条件下测试LED色点,同时也适当提前考虑温度的影响。</p> <p style="text-align: justify;"> 第二,图示区域范围已经把DCI规定允许的颜色误差都考虑进去了。而实际LED显示屏上的颜色误差除了LED本身外,还有芯片输出驱动电流的误差,屏体不同区域的温度误差,校正系统的误差,以及色点测试仪器的误差等。所以LED供应商定义的色点范围应当尽量小于图示边界区域,为显示屏体设计和后续测试的误差留有余量。</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2019-01/1548397701_32743.jpg" style="height: 460px; width: 450px;" /></p> <p style="text-align: center;"> ▲ 图4:满足DCI色域(含误差)要求的LED红光色坐标范围</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2019-01/1548397710_16376.jpg" /></p> <p style="text-align: center;"> ▲ 图5:满足DCI色域(含误差)要求的LED绿光色坐标范围</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2019-01/1548397717_34072.jpg" style="height: 460px; width: 450px;" /></p> <p style="text-align: center;"> ▲ 图6:满足DCI色域(含误差)要求的LED蓝光色坐标范围</p> <p style="text-align: justify;"> <strong>五、可能的技术要求趋势<br /> </strong></p> <p style="text-align: justify;"> 诚然,上述DCI标准对于显示图像的要求其实都是基于投影系统的技术能力制定的,对于自发光的LED显示系统,如果还是一直沿用旧的投影标准,无疑会大大牺牲LED显示的技术优势。对于LED带来的影片院应用显示技术突破,大家有理由相信,在不久的将来DCI标准就会做出更新。从LED显示屏角度出发,大家建议关注以下三方面可能的趋势。</p> <p style="text-align: justify;"> 第一,分辨率从4K提升到8K。8K的视频播放在电视广播领域已经出现,而影片院投影系统受限于DMD模块,很难提升分辨率。LED显示屏可以毫无难度地在相同尺寸下缩小一倍点间距(例如2.5mm到1.25mm),分辨率从4K提升到8K。</p> <p style="text-align: justify;"> 第二,加入HDR。HDR要求更黑的暗态和更高的峰值亮度(例如HDR10标准,要求至少0.005cd/m2到1000cd/m2的动态范围),两者都是投影系统非常难达到了。LED显示屏由于天然的亮度、对比度技术优势,可以把HDR带入影片院系统。</p> <p style="text-align: justify;"> 第三,色域范围提升。现有的DCI-P3色域系统并不已经是LED所能达到的最优色域,比如现有的绿色、蓝色LED理论上可以提供更高的饱和度,进一步扩大显示色域。预计未来的颜色要求会是介于P3和BT2020之间的一个新的色域。</p> <p style="text-align: justify;"> (编辑概况:赵云,南京大学工学硕士,现任欧司朗光电半导体(中国)有限企业多元化市场亚太区高级应用工程师,负责LED显示应用的技术支撑和市场推广。)</p> <p style="text-align: justify;"> <strong>参考文献:<br /> </strong></p> <p style="text-align: justify;"> <em>Digital Cinema System Specification Version 1.3 dated 27 June 2018, official document by Digital Cinema Initiatives, LLC<br /> Compliance Test Plan (CTP) Version 1.2, official document by Digital Cinema Initiatives, LLC<br /> SMPTE RP 431-2:2011, official document by THE SOCIETY OF MOTION PICTURE AND TELEVISION ENGINEERS<br /> SMPTE 431-1-2006, official document by THE SOCIETY OF MOTION PICTURE AND TELEVISION ENGINEERS<br /> 2018 Global LED Digital Display and Micro LED Display Market Outlook, internal consultant document by LEDinside<br /> </em></p> <p style="text-align: justify;"> <em><br /> </em></p> <p style="text-align: right;"> 来源:欧司朗光电半导体</p> <p style="text-align: justify;"> <strong>如需获取更多资讯,请关注LEDinside官网(www.ledinside.cn)或搜索微信公众账号(LEDinside)<br /> <br /> </strong></p> LED显示屏 Fri, 25 Jan 2019 14:09:41 +0800 44759 at https://www.ledinside.cn Mini LED芯片焊盘表面结构对封装的影响分析 knowledge/20190124-44749.html <p style="text-align: justify;"> 本文通过对现有用于微显示的LED芯片使用过程分析,指出目前使用过程中主要限制问题,设计三种电极焊盘表面结构,并完成芯片制作;通过对三组实验品的外观及固晶后推力进行对比评估,指出三组芯片焊盘表面电极结构各自的优缺点及适用性,对后续芯片选择具有一定引导意义。</p> <p style="text-align: center;"> <strong>前言</strong></p> <p style="text-align: justify;"> 随着近年来的技术发展,作为LED在显示上的一个重要应用,小间距显示屏在进入室内显示后,逐渐走向成熟。传统的小间距显示由于像素间距的影响以及分立器件的固有缺陷,依然存在显示视距不足、摩尔纹等现象,为满足人们不断追求显示效果的需求,以及进一步扩展应用领域,小间距显示在往更小点间距发展的道路上不断前进,这就意味这芯片的尺寸不断减小,Mini LED由于其能够避免原有芯片的种种缺陷,而成为更小点间距的唯一选择,同时也成为近两年业界研究的热点。</p> <p style="text-align: justify;"> 今年以来各类相关应用也不断展出,目前常规Mini LED结构皆采用倒装结构,芯片尺寸在100*300um之间,受到芯片及电极NP电极间隔尺寸的限制,芯片的焊盘尺寸较小。同时为克服分立器件尺寸对点间距限制,Mini LED大多采用集成封装(COB)方式进行,其对作业过程中的稳定性一致性等要求较高,因此在封装过程中实现稳定可靠的芯片与基板的焊接是Mini LED应用过程最重要的环节之一。</p> <p style="text-align: justify;"> 本文从芯片端出发,制作不同电极焊盘结构,通过对比焊接过程后的参数表现,分析对芯片及封装的影响,为后续使用提供一定经验。</p> <p style="text-align: center;"> <strong>机理分析及实验设计</strong></p> <p style="text-align: justify;"> 针对倒装LED芯片焊接,常规方式是回流焊及共晶焊两种方式。</p> <p style="text-align: justify;"> 其中常规回流焊方式,封装过程中通过锡膏固定方式进行,对应电极表面为Au结构,具体的需要在基板对应焊盘位置点锡膏,再固定芯片,然后再按照一定的温度曲线通过回流焊炉进行高温固化,锡膏的选择决定了固化所有需要的温度,通常会在180~260℃之间进行选择,温度相对较低,与芯片制程温度基本一致,对芯片结构影响较小,同时由于Mini LED芯片及焊盘尺寸较小,锡膏使用量及位置准确度极为重要,与此同时芯片电极焊盘对锡膏的适应性也较为重要,若防护不足,极易发生电极侵蚀而脱落情况。</p> <p style="text-align: justify;"> 另一种共晶焊,封装过程中通过助焊剂固定方式进行,对应芯片电极焊盘表面为AuSn结构,具体的需要在基板对应焊盘位置点助焊剂,再固定芯片,然后再按照一定的温度曲线进行高温固化,过程中由于AuSn材料本身共晶温度限制,通常最高温度在320℃左右,对芯片结构及辅材等高温的稳定要求较高,但其避免了小尺度下锡膏控制的问题。</p> <p style="text-align: justify;"> 在以上两种方式之外,另一种目前在IC集成封装工艺中用到的镀锡工艺则集合了以上两种方式的优点,对应芯片电极焊盘表面采用Sn结构,具体的需要在基板对应焊盘位置点助焊剂,再固定芯片,然后按照一定的温度曲线进行高温固化,温度方面与常规回流焊类似,芯片电极焊盘表面SnAg成份决定了固化所使用的温度,目前常用温度在240℃左右,该方式一方面避免了锡膏情况下的精准控制问题,另一方面固化温度也在相对较低位置,但芯片制程相对复杂,同时芯片结构对最终效果影响较大。</p> <p style="text-align: justify;"> 考虑以上三种方式对芯片及封装效果的影响,本文采用三种方式制作同尺寸Mini LED芯片,再按照对应焊接所需温度曲线进行芯片与基板焊接,然后从外观、性能、推力等方面进行测试分析。</p> <p style="text-align: center;"> <strong>实验准备及实施</strong></p> <p style="text-align: justify;"> <strong>1、芯片制备<br /> </strong></p> <p style="text-align: justify;"> 按照现行芯片工艺,选择外延片进行常规工艺流水,电极焊盘制作前暂停分为3组,其中组1在电极焊盘制作时采用现行Au电极结构,焊盘厚度2.4um,组2在常规电极制作后,采用使用热蒸发方式,使用有研亿金新材料有限企业 AuSn材料(99.999%)制作AuSn焊接层(Au80%:Sn20%),厚度4um,组3在常规电极制作后,在电极焊盘位置制作焊锡层(Sn97% :Ag3%)焊层厚度10um, 从制作过程看,常规Au电极及AuSn镀层采用蒸发方式进行,整体良率较为稳定,焊锡层制作时,由于过程中含有一定腐蚀性成份,需要在芯片表面非镀膜区域做钝化加强,防止作业过程中出现芯片结构的损伤,同时整个镀膜制作过程中参数调整对最终良率影响较大,三组样品焊盘表面SEM形貌正面及侧面对照如下:</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2019-01/1548310359_12540.jpg" /></p> <p style="text-align: justify;"> 其中图1为组1表面为Au结构芯片;图2为组2表面为AuSn结构芯片;图3为组3表面为镀Sn结构芯片;由上图可以看出,组1及组2样品在完成电极制作后,焊盘表面较为平整,但一次电极结构表现明显,组3由于制作方式原因,焊盘表面相对粗糙,但由于整体厚度较厚,底层一次电极形貌未表现出,同时由于Au材料属性限制,在测试过程中,测试探针极易在焊盘表面形成明显痕迹。</p> <p style="text-align: justify;"> 在完成芯片前道作业流水后,将3组按照常规方式进行研磨划裂,同机台测试结果如下:</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2019-01/1548310362_74846.jpg" /></p> <p style="text-align: center;"> 表1 测试汇总</p> <p style="text-align: justify;"> 由以上测试结果,3组芯片光电性能参数基本一致,综合良率基本一致,其中组3,Ir良率略低,通过观察芯片表面,部分区域出现金属沾污,这主要是由于制作镀锡层后,溶液清洗过程中产生,导致出现漏电通道产生漏电,这也是在该工艺实施过程中,最主要控制环节。</p> <p style="text-align: justify;"> <strong>2、芯片封装<br /> </strong></p> <p style="text-align: justify;"> 从以上3组制备完成样品中,各自选取50pcs参数相同晶粒进行封装样品制作,根据实验室条件,锡膏使用晨日科技ES1000实验组2/3助焊剂使用晨日科技ES930系列(粘附强度15mg/mm^2)固晶完成后使用型号为SIKAMA Falcon 5C的5温区回流焊机进行,三组作业过程如下(回流焊曲线):</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2019-01/1548310365_84845.jpg" /></p> <p style="text-align: center;"> 其中组1使用图a曲线,组2使用图b曲线</p> <p style="text-align: justify;"> 过温完成后,焊接形貌情况如下:</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2019-01/1548310368_43701.jpg" /></p> <p style="text-align: justify;"> 由图4显示:三组差异较为明显,其中组2、组3由于未使用锡膏,外观较好,完全避免锡膏过量的问题,组1封装在使用锡膏过程中,易发生类似锡膏过量导致的芯片歪斜现象,同时由于芯片焊盘间距为100um,因此在锡膏过量情况下,固晶过程导致锡膏挤压流动,容易产生焊盘连同,形成漏电通道,造成最终失效。</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2019-01/1548310371_79693.jpg" /></p> <p style="text-align: center;"> <strong>结果与分析</strong></p> <p style="text-align: justify;"> 使用型号为TRY MFM1200多功能推拉力测试机(下图a)对三组样品进行推力测试,数据采集效果曲线如图(下图b)。</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2019-01/1548310375_60977.jpg" /></p> <p style="text-align: justify;"> 每组实验品测试10pcs,对推力测试数据进行统计(表2),同时对推晶过程中掉落芯片电极表面进行SEM分析如下:</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2019-01/1548310378_95483.jpg" /></p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2019-01/1548310381_41726.jpg" /></p> <p style="text-align: justify;"> 从推力测试汇总数据看,实验组3(镀Sn)推力明显高于组1及组2,组2推力最低,推落芯片焊盘完整,但形貌相对有一定差异。结合前述样品制作与封装过程推测:组1推力相对偏低与所使用锡膏粒径偏大有关,用于测试晶粒焊盘面积为76*62um,因此在封装过程中,会导致部分晶粒焊盘下锡量不足,进而表现为推力不足,在组1SEM图像上可以明显发现,有较大区域空洞位置,同样对于组2样品,受制于芯片结构设计原因(目前全部为DBR工艺),在前述芯片SEM图像中,焊盘正面平整面积较小,底层电极图像明显,因此在固晶过程中,芯片会产生轻微倾斜,后续回流焊过程中易在焊盘对应位置产生大量空洞,导致焊力不足;对于组3,由于后续镀锡制程所制作锡层厚度达10um,焊盘表面未表现出底层电极结构,相对平整,因此在固晶及过温后,芯片与基本贴合紧密,后期使用可靠性更高。</p> <p style="text-align: justify;"> 综合以上3组实验品情况,由于目前小尺寸芯片因可靠性问题都采用DBR结构的倒装结构,其底层一次电极结构在焊盘表面表现明显,且占据较大比例,因此电极表面采用AuSn结构(组2)在现有封装过程中易产生空洞,其并不适用于现有常规制程下的小尺寸倒装芯片。电极表面采用Au结构(组1),其采用锡膏方式固晶使用,能适用于现有制程,但使用过程中需结合焊盘大小选择合适粒径锡膏,有助于提高焊接可靠性,同时锡膏使用量对封装良率影响较大,电极表面采用镀Sn结构(组3),芯片制程较为复杂,对芯片良率稍有影响,但在封装过程及推力表现较优。</p> <p style="text-align: center;"> <strong>结论<br /> </strong></p> <p style="text-align: justify;"> 基于前述实验及分析,针对目前微显示LED芯片焊盘结构,由于芯片工艺路线限制,AuSn结构不适用于该应用下芯片,表面Au结构,符合现有常规倒装芯片使用方式,但锡膏选择及封装过程控制要求较高,表面镀Sn结构,芯片制程较为复杂,成本略高,但封装使用效果较优,封装应用厂商可根据自己的需要选择合适芯片焊盘结构。</p> <p style="text-align: justify;"> <strong>参考文献<br /> </strong></p> <p style="text-align: justify;"> <em>[1] 连程杰.LED芯片倒装技术简述[J]. 长江大学学报,2013(31):96-97<br /> [2] 薛栋民.铝/镍/铜UBM厚度对SnAgCu焊点的力学性能及形貌影响[J].半导体光电.2014.35(2):278-281<br /> [3] 王阳元.集成电路工艺基础[M].北京:高等教育出版社,1991<br /> [4] 程明生.倒装芯片热电极键合工艺研究[J].电子与封装.2006.6(6):9-13</em></p> <p style="text-align: justify;"> &nbsp;</p> <p style="text-align: right;"> 来源:华灿光电<br /> 编辑:张威,戴广超,付杰,陈亮,王江波</p> <p style="text-align: justify;"> <strong>如需获取更多资讯,请关注LEDinside官网(www.ledinside.cn)或搜索微信公众账号(LEDinside)。<br /> <br /> </strong></p> LED芯片 小间距 Mini LED Thu, 24 Jan 2019 14:04:02 +0800 44749 at https://www.ledinside.cn 荧光材料物理特性对白光LED光输出冷热比的影响 knowledge/20180420-43330.html <p style="text-align: justify;"> <strong>1. 引言<br /> </strong></p> <p style="text-align: justify;"> 白光LED(WLED)是新一代固态绿色光源,具有节能环保、小体积、高光效、性能稳定等诸多优点。</p> <p style="text-align: justify;"> 目前WLED以PC/MC方式实现白光的路径有三条:1)蓝光LED芯片+黄色荧光粉;2)紫光LED芯片+红+绿+蓝三基色荧光粉;3)蓝光LED芯片+绿光LED芯片+红光LED芯片。实现白光的三种途径中,目前已经实现产业化、最经济实用的途径是蓝光LED芯片涂覆黄色荧光粉,使用该途径的WLED的光效高达250lm/W。随着照明终端产品的市场竞争越来越激烈以及照明灯具的散热环境越来越差,LED光源要具有更好的热的特性才能满足市场的需求。LED光源的热的特性通常采用光输出冷热比表征。WLED的光输出冷热比,即LED光源高温时的光电参数(光通量)与常温时光电参数(光通量)的比值,采用此指标可以验证LED光源热稳定性能的优劣。</p> <p style="text-align: justify;"> 在WLED光源中,荧光粉对白光的实现起到至关重要的作用。荧光粉一般为无机发光材料,具有有序排列的晶体结构,其物化性能的稳定性与以下因素有关:材质体系、离散系数、粉胶相容度、粉体形貌。WLED光输出冷热比的影响因素与WLED器件材料有关,荧光材料是前述器件中的关键材料。荧光粉的物理特性(材质体系、离散系数、粉胶相容度、粉体形貌)对WLED光输出冷热比影响的研究未有相关报道,同时解决LED光源热的特性的问题也显得至关重要,因此探讨荧光粉物理特性与WLED光输出冷热比的关系具有实用意义,同时对后续产品设计具有一定的引导作用。</p> <p style="text-align: justify;"> <strong>2. 实验部分<br /> </strong></p> <p style="text-align: justify;"> 本文采用SMD 2835的封装形式,蓝光芯片,发射波段在450-455nm,每个LED光源有3颗串联的LED芯片,荧光粉方案由YAG黄色荧光材料、氮化物红色荧光材料和Ga-YAG/LuAG黄绿色荧光材料构成。每组实验只改变黄绿粉的类型而固定胶水用量和另外两种荧光粉含量,并且每个LED光源具有相同的点胶量。黄色、红色和黄绿色3种荧光粉和胶水的配比为黄色∶红色∶黄绿色∶胶水=0.50∶0.15∶1.5∶1,选取5个相同荧光粉配比的样品进行测试,测试条件为脉冲电流100 mA,测试温度点为25℃,50℃,75℃,85℃,95℃,105℃,取光通量的平均值。粉体参数测试设备:粒径采用激光粒度分析仪测试,热淬灭性能、激发发射光谱采用Fluoromax-4测试;颗粒SEM形貌采用扫描电子显微镜测试;封装设备:ASM固晶机,ASM焊线机,真空脱泡机,武藏点胶机。封装成品光电参数测试设备:远方积分球测试仪。</p> <p style="text-align: justify;"> <strong>3. 结果与讨论<br /> </strong></p> <p style="text-align: justify;"> 荧光粉一般为无机材料,根据其基质分类,常用的体系有铝酸盐、氮化物/氮氧化物、硅酸盐、氟化物等。图1.1为不同体系荧光粉的热淬灭性能,可以看出几种体系的粉体中铝酸盐的热稳定性最好,氟化物和硅酸盐的热稳定性较差,氮化物的热稳定性比铝酸盐差但优于氟化物和硅酸盐。</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2018-04/1524205423_37753.jpg" /></p> <p style="text-align: center;"> &diams; 图1.1 不同体系荧光粉的热淬灭性能</p> <p style="text-align: justify;"> 因此本文以铝酸盐体系作为研究对象。铝酸盐体系的典型代表为YAG,其化学式为Y<sub>3</sub>Al<sub>5</sub>O<sub>12</sub>:Ce,晶体结构属于立方晶系,晶格常数为1.2002nm,YAG的晶体结构如图1.2所示。从晶体结构可以看出,在Y、Al和O组成的空间中存在三种多面体,分别为:十二面体(图1.2a)、八面体(图1.2b)、四面体(图1.2c),其中氧原子的配位数分别为(Y<sub>3</sub><sup>3+</sup>)八配位、(Al<sub>2</sub><sup>3+</sup>)六配位、(Al<sub>3</sub><sup>3+</sup>)四配位。</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2018-04/1524205428_26200.jpg" style="height: 335px; width: 400px;" /></p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2018-04/1524205432_60432.jpg" style="height: 200px; width: 400px;" /></p> <p style="text-align: center;"> &diams; 图1.2YAG的晶体结构示意图</p> <p style="text-align: justify;"> <strong>3.1 荧光粉的材质对WLED光输出冷热比的影响</strong></p> <p style="text-align: justify;"> 本实验采用Ga-YAG和LuAG黄绿粉为研究对象,Ga-YAG和LuAG同属钇铝石榴石的晶体结构如图1.1,钇铝石榴石的化学通式为:<br /> (<em>RE</em><sub>1-</sub><em><sub>r</sub></em>Sm<em><sub>r</sub></em>)<sub>3</sub>(Al<sub>1-</sub><em><sub>s</sub></em>Ga<em><sub>s</sub></em>)O<sub>12</sub>:Ce(1)式(1)中,RE=La,Lu,Y,Gd,Sc,0&le;r&lt;1,0&le;s&le;1。一般而言Ga-YAG与LuAG同属于立方晶系,只是其晶胞参数存在差异,Ga-YAG是Ga<sup>3+</sup>对Al<sup>3+</sup>的部分取代,而LuAG是Lu<sup>3+</sup>对Y<sup>3+</sup>的完全取代,其离子半径分别为:<em>r</em><sub>Ga3+</sub>(八配位)=0.69&nbsp; &Aring;,<em>r</em><sub>Y3+</sub>(八配位)=1.04 &Aring;,<em>r</em><sub>Al3+</sub>(六配位)=0.62 &Aring;,<em>r</em><sub>Lu3+</sub>(六配位)=1.001 &Aring;<sup>[4]</sup>。结合离子半径的匹配度,理论上完全取代比部分取代所形成的晶体结构的热稳定性会更好。就材料角度而言,材料本身的热稳定性可以通过热淬灭性能进行表征。</p> <p style="text-align: justify;"> 如图1.3所示为GRF-G和GRF-L之间的粉体热淬灭性能的关系,可以看出,随着温度的上升粉体的亮度衰减呈现出下降趋势,其中GRF-L的热淬灭性能优于GRF-G的热淬灭性能。</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2018-04/1524205436_47711.jpg" /></p> <p style="text-align: center;"> &diams; 图1.3 GRF-G和GRF-L的热淬灭性能</p> <p style="text-align: justify;"> 实验中Ga-YAG和LuAG分别为GRF-G和GRF-L,其电镜下的形貌如图1.4,可以得出GRF-G和GRF-L的颗粒形貌近似圆球状,其表面光滑。</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2018-04/1524205442_55278.jpg" style="height: 218px; width: 550px;" /></p> <p style="text-align: center;"> &diams; 图1.4左图和右图分别为GRF-G和GRF-L的SEM形貌</p> <p style="text-align: justify;"> 采用GRF-G和GRF-L作为黄绿粉封装成2835成品灯珠,成品灯珠的光通量与测试温度间的变化如图1.5所示,可以得出光通量的冷热比随着温度的增加逐渐下降,在85℃的WLED光输出冷热比GRF-L优于GRF-G。</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2018-04/1524205447_69173.jpg" /></p> <p style="text-align: center;"> &diams; 图1.5 GRF-G和GRF-L的WLED光输出冷热比</p> <p style="text-align: justify;"> GRF-G和GRF-L的WLED光输出冷热比,GRF-L比GRF-G要好,这与荧光材料的热淬灭性能以及粉体本身的结构有关,因此不同材质的光转换材料(部分取代与完全取代)对WLED光输出冷热比存在影响。</p> <p style="text-align: justify;"> <strong>3.2 荧光粉的离散系数对WLED光输出冷热比的影响</strong></p> <p style="text-align: justify;"> 离散系数指的是荧光粉试样粒度分布的相对宽度或不均匀度的度量。其定义为分布宽度与中心粒径的比值,其中分布宽度为边界粒径的一组特征粒径的差值,离散系数一般采用如下表达式:</p> <p style="text-align: justify;"> S=(<em>d</em><sub>90</sub>-<em>d</em><sub>10</sub>)/<em>d</em><sub>50</sub>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; (2)<sup>[5]</sup></p> <p style="text-align: justify;"> 式(2)中S表示离散系数,d10、d50、d90分别为粉体的体积累积分布中对应10%、50%、90%的荧光粉的粒径,单位为um,其中d50表示粉体颗粒的中位粒径。一般来说,S值越小粉体颗粒大小分布越集中,单位体积内颗粒表面的缺陷数目大体相同,其受热性能无差异化,热稳定性能越好。本实验采用GRF-S、GRF-M、GRF-B作为黄绿粉,分别与黄粉和红粉搭配到相同的方案中进行封装,其中GRF-S、GRF-M、GRF-B的离散系数S分别为:0.925,1.125,1.325。图1.6表示不同离散系数的GRF-S、GRF-M、GRF-B的热淬灭性能,可以看出随着温度的升高,其荧光材料的亮度不断衰减,其中GRF-B的衰减幅度最大,GRF-M次之,GRF-S最小,三者中GRF-S的热淬灭性能最好。因此从粉体角度来看,离散系数小的其热淬灭性能较好,与前述分析结论一致。</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2018-04/1524205452_29229.jpg" /></p> <p style="text-align: center;"> &diams; 图1.6GRF-S、GRF-M和GRF-B的热淬灭性能</p> <p style="text-align: justify;"> 本文就离散系数对WLED光输出冷热比的影响进行研究,采用2835的封装形式,目标参数为Ra=80-82,CCT=3000K,采用相同的封装方案,验证不同离散系数对WLED光输出冷热比的关系,图1.7表示不同离散系数的GRF-S、GRF-M、GRF-B的WLED光输出冷热比关系,随着温度的升高成品灯珠光通量的冷热态比值在不断较小,GRF-S、GRF-M、GRF-B在成品中的衰减幅度GRF-B最大,GRF-M次之,GRF-S最小,说明GRF-S的WLED光输出冷热比最好,GRF-B的WLED光输出冷热比最差,因此不同的离散系数对WLED光输出冷热比存在影响,离散系数越小WLED光输出冷热比越好。</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2018-04/1524205457_94245.jpg" /></p> <p style="text-align: center;"> &diams; 图1.7 GRF-S、GRF-M、GRF-B的WLED光输出冷热比关系</p> <p style="text-align: justify;"> <strong>3.3 粉胶相容度对WLED光输出冷热比的影响</strong></p> <p style="text-align: justify;"> 荧光粉合成以后为了提高产品的稳定性能,通常会采用一定的后处理工艺,例如二次淬火处理、包覆工艺等,使用较多的为包覆工艺,使用的包材为SiO2等材料,但即便采用这样的工艺,往往其热稳定性能特别是反映在WLED光输出冷热比中还是会差强人意。一般当荧光粉在封装过程中与封装胶混合时,可能会在颗粒表面与胶体的接触面上存在一定的空隙,里面可能含有未排出去的空气,致使成品在受热时,热稳定性能存在影响,为了解决此问题。有相关厂家提出了一种全新的后处理工艺,通过一定的包覆手段在荧光粉颗粒表面包含一层特殊的物质,经过特殊处理后的荧光粉放入水中会迅速凝聚成一个大的颗粒,从而防止水分进入,经过此工艺处理的颗粒,在与封装胶体结合时,封装胶体会紧密的包裹在颗粒的表面上,不存在有空隙的问题,增大粉胶相容度,理论上来说,可以提升WLED光输出冷热比[6]。</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2018-04/1524205463_20349.jpg" /></p> <p style="text-align: center;"> &diams; 图1.8 RF-G和CRF-G的热淬灭性能</p> <p style="text-align: justify;"> 本文采用2835的封装形式,目标参数为Ra=80-82,CCT=3000K,采用相同的封装方案,验证改善粉胶相容度与未改善粉胶相容度的荧光粉对WLED光输出冷热比的影响,前述两者分别表示为CRF-G和RF-G。图1.8表示RF-G和CRF-G的热淬灭性能,可以看出随着温度的升高荧光粉的发光亮度呈现出不断降低的趋势,其中CRF-G的递减幅度比RF-G要小,说明就荧光粉本身而言,CRF-G的热稳定性要优于RF-G。</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2018-04/1524205468_71838.jpg" /></p> <p style="text-align: center;"> &diams; 图1.9 RF-G和CRF-G的WLED光输出冷热比关系</p> <p style="text-align: justify;"> 本文就粉胶相容度对WLED光输出冷热比的影响,采用2835的封装形式,目标参数为Ra=80-82,CCT=3000K,采用相同的封装方案,验证改善粉胶相容度的粉体对WLED光输出冷热比的影响,图1.9表示改善的粉胶相容度的CRF-G和未改善粉胶相容度RF-G的WLED光输出冷热比的关系,随着温度的升高成品灯珠光通量的WLED光输出冷热比在不断较小,CRF-G和RF-G在成品中的衰减幅度RF-G最大,CRF-G次之,说明CRF-G的WLED光输出冷热比较好,RF-G的WLED光输出冷热比较差,因此粉胶相容度对WLED光输出冷热比存在影响,经过改善粉胶相容度的荧光粉相比未改善粉胶相容度的荧光粉在WLED光输出冷热比要好。</p> <p style="text-align: justify;"> <strong>3.4 荧光粉形貌对WLED光输出冷热比的影响</strong></p> <p style="text-align: justify;"> 荧光粉的颗粒形貌的完整度、光滑度对其稳定性存在一定的影响。在高温固相法的合成工艺中,固态粉体在高温高压气体保护的环境下,会发生相变,由固相转为固溶态从而发生固相反应,最终在最佳的合成温度和最佳的合成时间的条件下,形成新的固相结晶体,此物相要经过破碎工艺,形成一定颗粒大小的荧光粉,破碎工艺一般在球磨机中进行,延长破碎时间和增大球磨转速致使最小颗粒表面产生破碎痕迹、粘上一定的破碎屑或是颗粒直接被劈成片状,使得粉体颗粒形貌完整度、光滑度不一。通过非正常球磨破碎工艺,使荧光粉的颗粒形貌为不规则或颗粒表面有裂痕,如图2.0所示左图为经过强烈球磨破碎的荧光粉颗粒形貌,右图为正常破碎工艺的荧光粉的颗粒形貌,通过前述分析,可以推断强烈破碎相比正常破碎的颗粒的热稳定性要好</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2018-04/1524205473_88434.jpg" style="height: 219px; width: 550px;" /></p> <p style="text-align: center;"> &diams; 图2.0左图和右图分别为GRF-N和GRF-V的SEM形貌</p> <p style="text-align: justify;"> 本文采用2835的封装形式,目标参数为Ra=80-82,CCT=3000K,采用相同的封装方案,验证经过强烈破碎处理工艺与正常破碎处理的荧光粉对WLED光输出冷热比的影响,前述两者分别表示为GRF-N和GRF-V。图2.1表示GRF-N和GRF-V的热淬灭性能,可以看出随着温度的升高荧光粉的发光亮度呈现出不断降低的趋势,其中GRF-V的递减幅度比GRF-N要小,说明就荧光粉本身而言,GRF-V的热稳定性要优于GRF-N。</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2018-04/1524205479_43192.jpg" /></p> <p style="text-align: center;"> &diams; 图2.1 GRF-N和GRF-V的热淬灭性能</p> <p style="text-align: justify;"> 本文对强烈破碎处理工艺与正常破碎处理工艺对WLED光输出冷热比的影响,采用2835的封装形式,目标参数为Ra=80-82,CCT=3000K,采用相同的封装方案,验证强烈破碎处理工艺与正常破碎处理对冷热态的影响,图2.2表示后处理工艺的CRF-N和GRF-V的WLED光输出冷热比关系,随着温度的升高成品灯珠光通量的冷热态比值在不断减小,CRF-N和RF-V在成品中的衰减幅度GRF-N较大,CRF-V次之,说明GRF-V的WLED光输出冷热比较好,GRF-N的WLED光输出冷热比较差,因此强烈破碎处理工艺对WLED光输出冷热比存在影响,经过强烈破碎处理工艺的荧光粉相比正常破碎处理工艺的荧光粉的WLED光输出冷热比要差。</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2018-04/1524205485_67944.jpg" /></p> <p style="text-align: center;"> &diams; 图2.2 GRF-V和GRF-N的WLED光输出冷热比的关系</p> <p style="text-align: justify;"> <strong>4 结论<br /> </strong></p> <p style="text-align: justify;"> 本文采用SMD 2835的封装形式,采用不同材质的荧光粉、不同离散系数的荧光粉、不同粉胶相容度的荧光粉以及不同形貌的荧光粉作为黄绿粉进行封装实验,可以得出如下结论:采用LUAG材质、小离散系数、较好粉胶相容度、良好颗粒形貌的荧光粉封装的LED光源的光输出冷热比更佳。</p> <p style="text-align: justify;"> 因此,荧光粉的物理特性对WLED光输出冷热比存在影响。此研究结论作为粉体管控和优化产品的依据。同时对WLED的产品设计具有理论引导意义和实际的参考价值。</p> <p style="text-align: justify;"> <strong>参考文献<br /> </strong></p> <p style="text-align: justify;"> [1] 金尚忠,张在宣,郭志军,等.白光照明LED 灯温度特性的研究[J]. 发光学报,2002,23(4):399402.<br /> [2] 李柏承,张大伟.功率型白光LED封装设计的研究进展[J]. 激光与光电子学进展,2009,46(9).<br /> [3]李建宇. 稀土发光材料及其应用[M]. 北京: 化学工业出版社, 2003.<br /> [4] R.D.SHANNON.Revised Effective Ionic Radii and Systematic Studdies of Interatomic Distance in Halides and Chalcogendes [J].Acta Cryst.(1976).A32,751.<br /> [5]刘光华. 稀土固体材料学[M]. 北京: 机械工业出版社, 1997.<br /> [6]马林、胡建国等. YAG∶Ge3+发光材料合成的助熔剂研究[J].发光学报,2006,27(3).</p> <p style="text-align: right;"> 编辑:肖海涛,裴小明,蔡杰<br /> 来源:深圳市瑞丰光电子股份有限企业</p> <p style="text-align: justify;"> <strong>如需获取更多资讯,请关注LEDinside官网(www.ledinside.cn)或搜索微信公众账号(LEDinside)。<br /> <br /> </strong></p> 白光LED 荧光材料 Fri, 20 Apr 2018 14:04:35 +0800 43330 at https://www.ledinside.cn 智能照明迈入人因照明的时代,其关键点是这个…… knowledge/20171129-42511.html <p style="text-align: justify;"> 飞利浦和欧司朗等多家巨头已经花费了近几年的时间,推出了多个联网照明解决方案,这些解决方案将是LED照明发展的决定性要素。但是,照明行业在&ldquo;智能&rdquo;领域内继续快速增长,有两个关键因素。第一,行业必须有一个标准化和可互操作的开放平台,能适用大多数照明控制;第二,制造商不能忽视从传统照明转向数字照明的成本,并在可能的情况下继续提高效率。</p> <p style="text-align: justify;"> 原因就在于智能手机。传统上,大家使用开关、传感器和壁式控制器来控制照明,但是,人们越来越希翼随时随地通过智能手机对远程设备的状态进行监控及控制。</p> <p style="text-align: justify;"> <strong>智能手机控制的重要性<br /> </strong></p> <p style="text-align: justify;"> 随着时间的推移,智能手机和其他移动设备的重要性无疑将增长。这些技术已经成为大家日常生活的控制中心,使大家能够在旅途中工作,并通过社交媒体管理大家的社交生活。照明已经成为大家生活的另一部分,可以通过移动设备来控制。</p> <p style="text-align: justify;"> <strong>智能手机如何连接照明<br /> </strong></p> <p style="text-align: justify;"> 有三个不同的连接&ldquo;层&rdquo;(C1,C2和C3),它们定义了智能手机如何连接照明的方式。每一&ldquo;层&rdquo;的说明主要基于低功耗蓝牙(BLE)技术,因为它具有巨大的潜力,以及在整个行业中接受度很高。</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2017-11/1511924977_76627.jpg" /></p> <p style="text-align: center;"> 图1. 数字照明转型</p> <p style="text-align: justify;"> 首先先容一下,传统的照明(C0)通常由Triac或0-10V调光器控制,向每个灯具的LED模块驱动器提供控制信号。</p> <p style="text-align: justify;"> 在第一层(C1)中,可以将一个专用控制器添加到现有的驱动器中,在C0顶部配备低功耗蓝牙(BLE)的传感器或开关,让智能手机直接控制照明,无需云服务器。在这种C1模式中,多个智能手机控制可以使用户相互共享照明控制。</p> <p style="text-align: justify;"> 第二层(C2)将云添加到组合中,这意味着用户在照明上记录数据,例如,哪个灯在哪个时间亮、亮多少灯、用多少电力等等。生成的数据可以在预设的基础上轻易地实现。</p> <p style="text-align: justify;"> 而对于第三层和最后一层(C3),添加了Wi-Fi / BLE桥,使人们能够通过BLE网格范围内的云来控制其照明。这种类型的设置使人们能够在任何时间、任何地点远程确认照明状态或配置设置,或者在智能空间中设置最合适的配置。</p> <p style="text-align: justify;"> <strong>联网如何使智能手机成为智能照明的中心<br /> </strong></p> <p style="text-align: justify;"> 上面提到的这三层在照明控制中越来越普遍,原因有几个。第一个原因是协议的演变,即蓝牙,现在可以通过低功耗蓝牙(BLE)来适应智能技术。BLE与ZigBee完全不同,ZigBee不支撑智能手机的直接控制,但却是当今很多IoT活动的中心,特别是在终端节点。但是,BLE可以支撑网格技术,并可以直接控制物联网应用,这对于智能家居等高密度终端节点应用来说非常重要。</p> <p style="text-align: justify;"> DALI、ZigBee和蓝牙等标准化已经在进行中,因为它们作为照明网络、传感器网络和无线电话网络的核心连接方法扮演重要角色。因此,大多数即将推出的解决方案将基于标准化的硬件和固件,这样数字照明行业的所有参与者都可以参与开发可行的端到端解决方案。到2017年下半年,大多数新的智能照明产品将基于DALI 2.0、ZigBee 3.0和蓝牙5.0。</p> <p style="text-align: justify;"> 第二个原因是由于移动网络的提升和普及,从2G向3G和4G、LTE发展。这些改进确保智能手机可以轻松连接到云端,用户可以从任何位置实时控制照明。 就信息服务使用的安全性和灵活性而言,智能手机控制科更适用于开展个性化的按需服务,例如医疗保健服务,可通过密码或生物识别技术进行身份识别,而支付过程将更容易、更安全。</p> <p style="text-align: justify;"> <strong>开放平台是成功的关键<br /> </strong></p> <p style="text-align: justify;"> 由于高成本和高售价,LED制造商没有办法构建完整的专有联网照明解决方案。换句话说,联网照明的好处在这个时候没有超过成本。因此,为了降低成本,LED行业必须有一个简单开放的平台标准,制造商可以建立自己的智能照明解决方案。随着成本节约更大和无缝集成机会的增加,照明设备制造商可以基于开放标准平台自由设计LED照明系统,并且自行增强新安装的系统。另外,以人为本的照明应该建立在同一个平台上,在PAN和BAN中可以使用更复杂的频谱控制和附加的网络设备。</p> <p style="text-align: justify;"> 在开放平台上,制造商应该考虑尝试一些无缝智能照明的例子,以减少决策者的阻力,并加速智能照明的广泛采用,如图2所示。在美国,LED照明制造商可以安装可调光驱动器以改善LED照明,或继续使用像Triac或0-10V的传统调光器。利用现有的LED照明系统,可以增加一个BLE启用的调光器或BLE启用的智能调光器来代替Triac / 0-10V调光器。这样,智能手机能够在住宅空间中更灵活地使用遥控技术。使用反向兼容的智能驱动程序,现有的控制器可以匹配到新的色温可调驱动器。此外,LED模块、驱动器和控制器可以合并到一个单板(或称为&ldquo;S-engine&rdquo;的智能引擎)中,以将成本降低到可接受的水平。</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2017-11/1511924981_48086.jpg" /></p> <p style="text-align: center;"> 图2. 用于C1控制的无缝选项</p> <p style="text-align: justify;"> 无缝连接的分步方法是基于BLE解决方案或使用BLE-ZigBee&ldquo;组合&rdquo;解决方案。通过使用BLE-ZigBee组合单片解决方案,就可以轻松采用简单、经济高效的方法。</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2017-11/1511924985_75291.jpg" /></p> <p style="text-align: center;"> 图3. 启用BLE的解决方案和BLE-ZigBee组合解决方案</p> <p style="text-align: justify;"> 总的来说,照明制造商在选择数字照明方面的优势非常明显。为了直观地说明这一点,如图4所示。将蓝牙添加到现有的Triac / 0-10V架构中需要增加成本,但这比将智能功能添加到现有调光器又更便宜。还有一个方法能节省更多能源:将BLE添加到开关和传感器,并分析使用智能控制的条件,同时保持规范一致性。</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2017-11/1511924989_82421.jpg" /></p> <p style="text-align: center;"> 图4. 逐步解决方案有明显的市场适应性</p> <p style="text-align: justify;"> 另外,通过对任何家用电器启用多个电话控制,初始投资可以变得更加成本高效,当控制设备处于远程控制模式时特别有用。</p> <p style="text-align: justify;"> 除了上述逐步选择之外,新的多方面解决方案将支撑最新的控制标准DALI 2.0、BLE 5.0(网格)和ZigBee 3.0。 此外,2ch 0-10V调光将可用于白色可调应用,并包括电能计量以改善能源管理。</p> <p style="text-align: justify;"> 在本文中,仔细评估了智能照明和以人为本的照明解决方案发展背后的驱动力,以及如何加速其采用率。将蓝牙智能方法(或低功耗蓝牙)与优化的网格和无缝端到端控制选项相结合,可能是将联网转到以人为本的照明的最有效方式。为此,基于标准DALI、ZigBee和BLE协议的无缝解决方案目前似乎是最好和最有希翼的方法。</p> <p style="text-align: justify;"> 鼓励照明制造商采用这种方法是智能照明时代能否繁荣的关键。今年,LED照明的早期数字化将首先基于无缝选项的方式实现。下一代端到端解决方案可望在以后实现,加速从智能照明向以人为本的照明过渡。(编译:LEDinside James)</p> <p style="text-align: justify;"> &nbsp;</p> <p style="text-align: justify;"> &nbsp;</p> <p style="text-align: justify;"> 如需转载,需本网站E-Mail授权。并注明&quot;来源于LEDinside&quot;,未经授权转载、断章转载等行为,本网站将追究法律责任!E-Mail:service@ledinside.com</p> <p style="text-align: justify;"> <strong>如需获取更多资讯,请关注LEDinside官网(www.ledinside.cn)或搜索微信公众账号(LEDinside)。<br /> </strong></p> 欧司朗 智能照明 数字照明 飞利浦照明 Wed, 29 Nov 2017 11:07:19 +0800 42511 at https://www.ledinside.cn LED照明不能只考虑色温,小心成了反效果 knowledge/20171120-42449.html <p style="text-align: justify;"> 人因照明 ( Humans Factor In Lighting ),也可以称为舒适照明,是指光照随着人的作息而调整,而这种照明理念起源于欧洲,目的是为了让人能生活在舒适的照明环境。LED属于易调控的光源,可以配合生物生理周期而调整光照,但仍需考量到光谱分布和色温条件。<br /> &nbsp;<br /> 照明虽非影响昼夜节律 ( Circadian Rhythm ) 的唯一因素,却是关键因子。有科学家认为,照明能够影响人的情绪、健康和能量。<br /> &nbsp;<br /> <strong>LED人因照明的利弊</strong><br /> &nbsp;<br /> 而LED应用于人因照明有其利也有其弊,像是蓝光属于冷白光,接近自然光,有助于集中精神,可以应用于学生教室、办公室;但是长时间受蓝光照射同时也会抑制褪黑素 ( melatonin ) 的生长,并影响睡眠质量、免疫系统,还有可能造成身体病变如癌症。<br /> &nbsp;<br /> 根据科学研究,蓝光可以控制胰岛素的多寡,因此若在夜间长期受蓝光照射,会造成胰岛素抵抗 ( insulin resistance ) 现象,也就是胰岛素降低、无法控制血糖,而这种现象会导致肥胖、糖尿病、高血压等疾病。<br /> &nbsp;<br /> <strong>照明设计不能只考虑色温</strong><br /> &nbsp;<br /> 在设计LED照明时应考虑到光谱能量分布还有色温,色温以绝对温度K为单位,代表不同光源的光谱成分。蓝光的色温落在5300K以上,属于中高色温,有明亮感;相反地,红光、黄光属于暖色光,色温在3300K以下,让人有温暖、健康和使人放松的感觉,适合居家用。</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2017-11/1511142159_68312.jpg" style="width: 512px; height: 135px;" /><br /> <br /> (via wiki By Bhutajata CC BY-SA 4.0 )</p> <p style="text-align: justify;"> 但是相同色温的条件下,也会因为不同观看者和其他条件如气候、环境等因素影响,而有不同的光谱分布。因此,Benya Burnett照明设计企业的顾问Deborah Burnett认为 ,光谱的能量分布 ( Spectral energy distribution,SED ) 才是影响人眼和身体的关键因素。<br /> &nbsp;</p> <p style="text-align: justify;"> <br /> <br /> <strong>如需获取更多资讯,请关注LEDinside官网(www.ledinside.cn)或搜索微信公众账号(LEDinside)。</strong></p> LED照明 Mon, 20 Nov 2017 09:41:56 +0800 42449 at https://www.ledinside.cn 智能照明控制协议这么复杂,OEM厂商该如何选择? knowledge/20171018-42245.html <p style="text-align: justify;"> <em>PATRICK DURAND表示,基于开放标准的照明控制可以解决照明OEM厂商对系统的复杂性和可扩展性、灯具和控制组件的互操作性、以及室内商业照明应用灵活性方面的担忧。<br /> </em></p> <p style="text-align: justify;"> 当照明OEM厂商投标项目时,往往会被要求在建议书中包括一套兼容的照明控制系统(通常来自第三方照明控制供应商),其中控制系统的要求是专门指定给照明OEM厂商的。到目前为止,许多照明OEM厂商都很被动地回应这些要求,而没有制定出一套关于照明控制的正式的主动策略。</p> <p style="text-align: justify;"> <strong>大家应不应该等一套全球照明控制标准?<br /> </strong></p> <p style="text-align: justify;"> 未能积极实施照明控制策略的主要原因在于困惑,困惑于采用哪种技术,困惑于投资于哪个供应商,尤其是对于室内商业和办公环境的照明控制系统而言。大多数照明OEM厂商没有时间、资源或专业常识来评估所有照明控制技术的优点。</p> <p style="text-align: justify;"> 对于住宅照明控制(即智能灯泡)而言,主流协议很明确,ZigBee Light Link在这方面是赢家,多个照明OEM厂商支撑该协议。但是,对于室内商业和办公照明控制而言,技术选择仍然在变化中(图1)并且数量不断增长。许多照明OEM厂商正在选择等待一个主导的或事实上的标准,以避免在早期阶段选择不当的技术。</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src=" //img.ledinside.cn/led/2017-10/1508293752_51834.jpg" /></p> <p style="text-align: center;"> 图1. 照明控制技术选项很多,这对于要求开发兼容控制系统的OEM厂商来说可能很困惑。</p> <p style="text-align: justify;"> 一项主导的全球标准缺少,有三个主要原因。第一个原因是主要照明控制技术和/或主要LED驱动器调光信号因地区而异。例如,0-10V是北美主要的LED驱动器调光信号,而DALI(数字可寻址照明接口)和脉宽调制(PWM)分别在欧洲和日本占主导地位。从楼宇自动化系统的角度来看,虽然BACnet似乎是一个主导的全球协议,但KNX在欧洲非常受欢迎。因此,照明OEM厂商为了适应各个地区的终端客户,很难依靠单一技术。</p> <p style="text-align: justify;"> 第二个原因是照明控制设备因复杂性而异。一方面,一些装置只简单地要求一个感应传感器根据是否有人在房间里,向LED驱动器提供信号,决定是打开或者关闭。如果在整个建筑物的不同房间中有多个装置,没有网关将它们连接到集中式控制系统,这些简单的系统就会独立运作。另外一方面,现在有集中的照明控制系统,管理、监控和控制整个建筑物,甚至整个城市、整个国家、或全球多个建筑物的照明。通常用于制造这些简单与复杂系统的技术类型往往会有显著的差异。因此,这对于依赖单一照明控制技术的OEM厂商来说,也是另一个挑战。</p> <p style="text-align: justify;"> 第三个也是最有影响力的原因是照明OEM厂商对于任何给定的项目不会指定照明控制技术。这是决策者、建筑师、建筑物所有者或建筑经理的责任。</p> <p style="text-align: justify;"> 考虑到这些挑战,在选择照明控制技术以开发主动照明控制策略时,照明OEM厂商该做什么呢?许多照明OEM厂商的答案是等,因为标准和复杂性待定。实际情况是存在许多选择,根据应用,可以评估某些标准来确定要实现的最佳解决方案,最终赢得订单。选择照明控制技术,要根据以下五个标准:灵活性、互操作性、简单性、可扩展性和成熟的技术。</p> <p style="text-align: justify;"> <strong>灵活性和互操作性<br /> </strong></p> <p style="text-align: justify;"> 所有照明控制技术都属于两大技术类别之一:专利技术或开放技术。使用专利技术的特定供应商的产品只能与同一供应商的其他产品配合使用。开发专利技术的照明控制企业由于其技术驱动的价值主张或由于其强大的市场渠道(特别是对于成熟的企业),一直遵循这一业务模式。专利技术可以适用于具有良好技术适应性的特定照明控制项目,或者专利技术被直接指定为照明控制解决方案。</p> <p style="text-align: justify;"> 相比之下,开放技术基于开放或公共的标准,允许多家企业开发使用相同基本协议的产品;来自不同供应商的产品可以相互操作为系统工作(图2)。因此,开放技术为照明OEM厂商提供了灵活性,可在多家供应商之间进行选择,根据功能、外形尺寸和定价混合和匹配各种解决方案,以满足最终客户的照明控制要求。</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src=" //img.ledinside.cn/led/2017-10/1508293756_64920.jpg" style="height: 326px; width: 400px;" /></p> <p style="text-align: center;"> 图2. 照明控制的开放标准可以将使用相同协议的多个供应商设计的不同产品和建筑系统结合在一起。</p> <p style="text-align: justify;"> 对于室内商业和办公环境中的照明控制,有两种主要的开放技术:EnOcean和ZigBee。EnOcean是第一个也是唯一的针对超低功耗和能量采集解决方案进行优化的ISO / IEC无线标准(14543-3-10)。因此,使用EnOcean技术的照明OEM厂商可以获益,无需电源和电池,提供无线开关和传感器。EnOcean机械能采集模块能够将机械能(如手指按压开关的机械能)转化为电能,供给模块工作,可应用于无线无源开关等产品中。EnOcean Alliance目前拥有来自世界各地350多名成员,共有1300多种互操作的产品。</p> <p style="text-align: justify;"> ZigBee基于IEEE 802.15.4标准,802.15.4定义了物理层和MAC层,而ZigBee定义了网络层和应用层。所有基于ZigBee或基于802.15.4的照明控制供应商(除了一个)要定制ZigBee或开发基于802.15.4的专利协议。这是由于ZigBee在室内商业和办公照明环境中固有的复杂性。实际上,ZigBee更像专利协议,因为使用ZigBee或802.15.4的大多数照明控制产品都不能在供应商之间互操作。 唯一的例外是一家将ZigBee所需的额外智能纳入其网关的供应商。因此,来自不同供应商的非定制ZigBee的端点节点(交换机,控制器,传感器)可以与该供应商的网关互操作,但这又限制了照明OEM厂商对网关供应商的选择。</p> <p style="text-align: justify;"> 图3示出了建筑师、建筑物所有者或建筑物管理者从调光控制、标准通信和楼宇自动化系统(BAS)的角度指定的各种选项。例如,一项给定的项目可能要求照明控制系统支撑具有占有和采光传感器的BACnet BAS,其中灯具必须由DALI信号控制。或者,规格可以指出,照明控制系统必须通过智能手机和平板电脑进行控制和监控,其中灯具由0-10V信号控制。如果照明OEM厂商所选择的技术或供应商不够灵活,那么照明OEM厂商最终将被迫使用多个供应商的多种技术。这给资源造成了压力,特别是照明OEM厂商的销售和销售代表团队,他们必须将照明设备和控制解决方案给到终端客户。</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2017-10/1508293761_96101.jpg" style="height: 370px; width: 400px;" /></p> <p style="text-align: center;"> 图3. 在基于开放技术的系统中,使用现有的可互操作的组件,可以实现照明控制的灵活性。</p> <p style="text-align: justify;"> <strong>简单性和可扩展性<br /> </strong></p> <p style="text-align: justify;"> 一些终端客户,如建筑业主和建筑经理,不想要并入一套BAS或集中照明控制系统,这些系统可以通过计算机或移动设备来控制、设定和监控。相反,这些终端客户更愿意将照明控制解决方案限制在LED驱动器的开关、传感器和控制器(通常为0-10V继电器和DALI控制器)上,不需要网关或复杂的网络设备。 换句话说,这些终端客户希翼在每栋建筑物内的每个房间提供简单的独立照明控制系统。</p> <p style="text-align: justify;"> 目前,对于简单的独立照明控制系统,有两个主要的选项:第一个是来自一个完善的专有照明控制供应商,另一个是EnOcean技术。相反,当前可用的基于ZigBee或802.15.4的照明控制系统需要使用网关或网络设备。使用独立系统,操作可以像按下无线开关上的按钮、像按下无线控制器上的按钮一样简单。还有一些带有无线USB加密狗的操作选项,用于带有PCApp的一些照明控制系统,以微调某些无线设备(即传感器和控制器)设置。</p> <p style="text-align: justify;"> 假设,在安装简单的独立照明控制系统之后几个月或几年,大厦的所有者或经理决定使用BAS,或者想要以PC /智能手机/平板电脑进行集中照明控制、设定和监控。EnOcean技术可以无缝、轻松地从简单的独立系统转换为可扩展的网络系统,而无需更改现有的照明控制系统(图4)。基于ZigBee和基于802.15.4的照明控制系统可扩展到一栋完整的建筑物,甚至多栋建筑,但起点始终需要网关或网络设备。</p> <p style="text-align: center;"> <img alt="" src="//img.ledinside.cn/led/2017-10/1508293766_24696.jpg" /></p> <p style="text-align: center;"> 图4. 在这个例子中,EnOcean通过单一技术可以支撑简单、可扩展的照明控制系统。</p> <p style="text-align: justify;"> <strong>经过验证的控制技术和支撑<br /> </strong></p> <p style="text-align: justify;"> 建筑业主和建筑经理通常不希翼他们的建筑成为新兴技术的一个测试场所。因此,照明OEM厂商为项目推广的照明控制技术必须是一项成熟的技术。</p> <p style="text-align: justify;"> 领先的ZigBee和802.15.4照明控制供应商各自拥有数百到数千个建筑物的用户基数。EnOcean联盟表示,EnOcean技术已经在世界各地的35万多栋建筑中安装。</p> <p style="text-align: justify;"> 虽然ZigBee和802.15.4技术非常可靠,在实际场景中也已经得到了证实,但是EnOcean技术在国际市场上的保有量可能会增加照明OEM厂商在世界不同地区不断赢得项目的机会。因此,随着越来越多的照明OEM厂商在多个市场上销售其灯具,照明OEM厂商可以不必根据项目的位置来了解和推广不同技术。(编译:LEDinside James)</p> <p style="text-align: justify;"> &nbsp;</p> <p style="text-align: justify;"> &nbsp;</p> <p style="text-align: justify;"> &nbsp;</p> <p style="text-align: justify;"> 如需转载,需本网站E-Mail授权。并注明&quot;来源于LEDinside&quot;,未经授权转载、断章转载等行为,本网站将追究法律责任!E-Mail:service@ledinside.com</p> <p style="text-align: justify;"> <strong>如需获取更多资讯,请关注LEDinside官网(www.ledinside.cn)或搜索微信公众账号(LEDinside)。<br /> </strong></p> 智能照明 Wed, 18 Oct 2017 10:09:36 +0800 42245 at https://www.ledinside.cn