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色度偏移是LED的致命伤?

2020-11-30 15:17:29 Yoelit Hiebert 阅读:
普通的LED照明大约在20年前开始使用。随着LED变得越来越普及,人们开始关注流明的大小和色度偏移(chromaticity shift)。一个更基本的问题是,应该如何测量这些属性?

普通的LED照明大约在20年前开始使用。随着LED变得越来越普及,人们开始关注流明的大小和色度偏移(chromaticity shift)。一个更基本的问题是,应该如何测量这些属性?qtIednc

美国照明工程学会(IES)于2008年首次发布了LM-80,Measuring Lumen Maintenance of LED Light Sources,并于2015年更新了IES Approved Method: Measuring Luminous Flux and Color Maintenance of LED Packages, Arrays and Modules。这些规范用于流明维持率以及色度偏移的测量。在其最新修订版LM-80-20中,除了光通量,还为测量辐射通量和光子通量提供了指南,以满足不断发展的LED园艺照明市场。所有版本的LM-80标准都要求LED最少能工作6,000小时,至少每1,000小时记录一次流明和色度测量。qtIednc

照明行业还关注一个问题,即采用什么样的方法依据LM-80测试所获得的有限数据对长期流明维持率和色度偏移进行预测。IES为此于2011年发布了TM-21,Technical Memorandum: Projecting Long Term Lumen Maintenance of LED Light Sources,并在2019年更新以后纳入了辐射和光子通量的预测。同样在2019年发布的还有TM-35,Technical Memorandum: Projecting Long-term Chromaticity Coordinate Shift of LED Packages, Arrays, and Modules。qtIednc

采用LM-80-08和LM-80-15方法收集的数据成为Lynn Davis和Monica Hansen于2020年3月发布的DoE报告的基础,这一报告对2015年仅针对流明维持率发布的报告进行了更新,增加了LED流明和色度维持率的相关内容。2020年的新版本对普通照明使用的四种不同LED封装类型进行了评估:陶瓷基封装、聚合物基封装、板上芯片封装(COB)和芯片级封装。总共有223个LM-80数据集,来自领先LED封装厂商的产品,分别依照TM-21-11和TM-35-19中介绍的协议来预测流明维持率和色度偏移。qtIednc

不出所料,2020年的研究结果显示,自2015年开始研究以来,所有封装类型的LED寿命都有所改善(除了早期研究中未包含的芯片级封装)。在2015年的研究中,预计大约三分之一LED的使用寿命超过60,000小时(L70);在2020年的研究中,预计96%的LED使用寿命超过60,000小时(L70)。该报告指出,由于聚合物材料的改进,采用聚合物的封装受益最大。qtIednc

然而,业界主要的兴趣点——预测色度偏移,一直到TM-35-19发布前,在任何标准中都未提及。这项研究使用了表1中定义的色度偏移模式(CSM),以表征根据LM-80-15协议测试得到的色度偏移。qtIednc

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表1:在稳定状态下,LED的常见CSM和色度偏移。(数据来源:Understanding and Controlling Chromaticity Shift in LED Devices, RTI International)qtIednc

2020年的研究包括四种LED封装类型,其中三种在LM-80测试期间显示了色度偏移,如图1所示。色度偏移模式似乎与封装类型相关,但COB封装除外(因为不能得出结论),该研究建议进一步了解COB封装色度偏移的机制。qtIednc

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图1:在LM-80测试期间,四种LED封装类型中的三种显示出色度偏移。(数据来源:Lumen and Chromaticity Maintenance Behavior of Light-Emitting Diode (LED) Packages Based on LM-80 Data,美国能源部)qtIednc

TM-35-19方法可以应用于预测较长期的色度偏移,并将这些结果与收集到的预测偏移幅度和方向的数据进行比较。该研究得出的结论是,TM-35的预测是合理的,通常在偏移幅度方面较为保守,在偏移方向上不够充分。这些发现对于较高端的环境,如博物馆、饭店、零售商店甚至杂货店,具有重要意义,因为在这些环境下,灯光的颜色会影响照明对象的外观。qtIednc

从上面的讨论可以看出,LED业界还需要付出更多努力开发出更好的方法来评估长期色度偏移。同样重要的是,请记住研究结果是基于可控环境中搜集的LED封装数据。将LED装入灯具之后,这些灯具在实际使用中的一些情况,包括因热管理不当造成的损失,在恶劣环境下工作,以及由紫外线和污垢堆积而造成的光损耗,都会影响流明维持率和色度偏移,且迄今为止皆尚未进行评估研究。qtIednc

(原文刊登于EDN美国版,参考链接:Is chromaticity shift a dealbreaker for LEDs?,由Jenny Liao编译。)qtIednc

本文为《电子技术设计》2020年11月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里qtIednc

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Yoelit Hiebert
Yoelit Hiebert过去十年一直从事LED照明领域的工作,在行业制造和最终用户方面拥有丰富的经验。 她与照明工程协会一起,积极参与固态照明和控制标准的开发。Yoelit拥有密苏里科技大学的电子工程学士学位和硕士学位。她是注册专业工程师,通过认证的能源经理,并获得了国家照明行业资格认证委员会的照明认证。
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