LED燈珠的生產(chǎn)過程全面解析

LED（Light-Emitting Diode）是發(fā)光二極管的簡(jiǎn)稱，它是由半導(dǎo)體材料制造出來的，它有一個(gè)正極和一個(gè)負(fù)極，在它的正負(fù)極施加直流電就會(huì)發(fā)光，從1907年開始，到1993年，LED經(jīng)歷86年歷史，LED技術(shù)的應(yīng)用大體分為視覺類與非視覺類，視覺類的應(yīng)用有LED照明技術(shù)，非視覺類有植物光合與醫(yī)療保健。

LED發(fā)展歷史

LED工藝過程：

LED燈珠的整個(gè)生產(chǎn)過程，分為外延片生產(chǎn)、芯片生產(chǎn)、燈珠封裝，整個(gè)過程體現(xiàn)了現(xiàn)代電子工業(yè)制造技術(shù)水平，LED的制造是集多種技術(shù)的融合，是高技術(shù)含量的產(chǎn)品，對(duì)于照明用途的LED的知識(shí)掌握也需要了解LED燈珠是如何生產(chǎn)出來的。

1、LED外延片生產(chǎn)過程：

LED外延片生長(zhǎng)技術(shù)主要采用有機(jī)金屬化學(xué)相沉積方法（MOCVD）生產(chǎn)的具有半導(dǎo)體特性的合成材料，是制造LED芯片的原材料，下圖是采用藍(lán)寶石襯底的外延片生產(chǎn)過程：

2、LED芯片生產(chǎn)過程：

LED芯片是采用外延片制造的，是提供LED燈珠封裝的器件，是LED燈珠品質(zhì)的關(guān)鍵，下圖是LED芯片生產(chǎn)過程：

3、LED燈珠生產(chǎn)過程：

LED燈珠的封裝是根據(jù)LED燈珠的用途要求，把芯片封裝在相應(yīng)的支架上來完成LED燈珠的制造過程，LED封裝決定LED燈珠性價(jià)比，是LED燈具產(chǎn)品的品質(zhì)關(guān)鍵，下圖是LED封裝過程：

從上面描述的LED從材料到燈珠的生產(chǎn)過程可以看出：

LED的制造是復(fù)雜與高技術(shù)含量，在這個(gè)過程中，只要一個(gè)環(huán)節(jié)出問題，LED燈珠就失去品質(zhì)性能，在整個(gè)工藝過程，同一批原材料會(huì)由于生產(chǎn)過程的非工藝原因?qū)е路庋b的成品有不同的品質(zhì)，從外觀無法分辨;

封裝的燈珠通過分光篩選成不同質(zhì)量的燈珠，這些燈珠基本上由價(jià)格的差異進(jìn)行銷售，殘次品都可以按重量銷售，LED市場(chǎng)的這種現(xiàn)象導(dǎo)致LED燈具產(chǎn)品的價(jià)格會(huì)相差很大。

白光燈珠的參數(shù)關(guān)系：

關(guān)于基本的光電參數(shù)，如光通量、光強(qiáng)度、光照度、亮度（輝度）、輻射功率、色溫、顯色性等，就不在這里介紹，我們需要重點(diǎn)了解這些參數(shù)之間的關(guān)系。

LED燈珠的品質(zhì)鑒定需要做光譜分析與光電分析，如果品質(zhì)要求嚴(yán)格，還需要通過LM79和LM80測(cè)試，生產(chǎn)廠需要完成LED燈珠品質(zhì)評(píng)估后才能批量生產(chǎn)，銷售者一定要求生產(chǎn)廠提供LED燈珠品質(zhì)評(píng)估報(bào)告才能提供對(duì)客戶的承諾。

下圖是光譜測(cè)試報(bào)告：

這個(gè)參數(shù)報(bào)告重點(diǎn)關(guān)注：色溫，顯指Ra，光通量，光效率，結(jié)電壓U，X，Y值。

LED燈珠品質(zhì)評(píng)估是建立產(chǎn)品信用的主要方法。LED燈珠品質(zhì)評(píng)估可以在第三方測(cè)試網(wǎng)店進(jìn)行。下面談?wù)勥@些基本參數(shù)的相關(guān)關(guān)系。

與光通量相關(guān)的參數(shù)

光通量是衡量發(fā)光明暗的參數(shù)，光通量越大，表示燈珠越明亮，準(zhǔn)確的光通量需要專業(yè)光學(xué)儀器測(cè)試，影響LED燈珠光通量的參數(shù)有：

1）芯片面積大小，在相同電流下，芯片面積越大，光通量越高，芯片尺寸是用英制mil表示，1mil=0.0254mm。

2）通過芯片的電流大小，在相同芯片面積下，通過的電流越大，光通量越高，LED屬于電流器件，規(guī)定有額定電流，不能隨意增大，如2835封裝的電流標(biāo)稱是60毫安。

3）芯片輻射功率的大小，相同尺寸的芯片，也有輻射功率的等級(jí)區(qū)分，輻射功率值越大，光通量越高。

4）與封裝材料與封裝工藝有關(guān)，封裝材料包括：熒光粉、膠水、支架、芯片焊線材料等，封裝工藝就是指封裝設(shè)備精度與設(shè)備性能對(duì)封裝質(zhì)量的影響，封裝材料越好，封裝設(shè)備越高級(jí)，封裝后的LED燈珠光通量也越高。

5）工作溫度越高，光通量越低，工作溫度越高，LED器件越容易損壞。

與發(fā)光效率相關(guān)的參數(shù)

發(fā)光效率是衡量光源是否節(jié)能的指標(biāo)，單位是每瓦流明值（lm/w），表示每消耗1瓦的電能可以產(chǎn)生多少光通量，這個(gè)數(shù)值越高，越節(jié)能，LED照明之所以替代熒光燈、白熾燈，就是因?yàn)長(zhǎng)ED光源光效高于傳統(tǒng)光源2-10倍。

根據(jù)能量守恒定律，發(fā)光效越高，說明電能轉(zhuǎn)化光能越多，轉(zhuǎn)化的熱量越小，影響光效的參數(shù)有：

1）影響光通量的參數(shù)都影響光效，光通量越高，光效越高。

2）驅(qū)動(dòng)電流也影響光效，相同封裝規(guī)格的燈珠，驅(qū)動(dòng)電流越小，發(fā)光效越大。

3）LED的PN結(jié)電壓越低，發(fā)光效越高。

4）封裝的散熱結(jié)構(gòu)越有效，發(fā)光效越高。

5）工作溫度越高，燈珠的發(fā)光效率越低。

與燈珠壽命相關(guān)的參數(shù)

通常，半導(dǎo)體電流器件的工作溫度都決定器件的壽命，我們常?？吹诫娮釉O(shè)備內(nèi)大功率晶體管都固定在率散熱器上，LED燈珠的壽命也主要取決于工作溫度，燈珠的壽命一般可以表達(dá)為燈珠失效（不亮）與光衰（光通量降低）。

影響LED燈珠壽命的主要因素是光衰，光衰用光通量維持率表示，通常在質(zhì)保期內(nèi)，光衰減不能低于初始光通量的30%，與燈珠壽命相關(guān)的參數(shù)有：

1）環(huán)境溫度與工作溫度，在相同散熱條件下，環(huán)境與工作溫度越高，燈珠壽命越短。

2）驅(qū)動(dòng)電流越小，燈珠的壽命越長(zhǎng)。

3）封裝材料品質(zhì)越好，燈珠壽命越長(zhǎng)。

4）散熱結(jié)構(gòu)的效率越高，燈珠壽命越長(zhǎng)。

5）芯片與封裝的靜電防護(hù)級(jí)別越高，燈珠壽命越長(zhǎng)。

與色溫、顯色指數(shù)相關(guān)的參數(shù)

白光的光色是用色溫表示的，單位是絕對(duì)溫度K（開爾文），白光LED的色溫是基于布朗克曲線（圖中的橫向黑線）進(jìn)行劃分的，由于每個(gè)光源的色坐標(biāo)XY值不一定落在布朗克曲線上，通常使用相關(guān)色溫（CCT）表示。

CCT值是色坐標(biāo)XY點(diǎn)與布朗克曲線垂直投影點(diǎn)，LED色溫分布如下圖所示：

人造白光對(duì)物體自然顏色的還原能力用顯色指數(shù)CRI（Color Rendering Index）衡量，這個(gè)方法采用中等明度值和彩度的對(duì)比來確定CRI，如下圖所示：

把R1至R8求平均值就是平均顯色指數(shù)（Ra），CRI測(cè)試常常是R9甚至過低，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)負(fù)值，這說明LED產(chǎn)生的白光缺少紅光輻射，R9數(shù)值低會(huì)影響R1-R8，導(dǎo)致Ra的平均值降低，對(duì)于暖色溫范圍，Ra衡量LED光源的顯色性是可行的，對(duì)于高色溫范圍的LED光源，Ra衡量顯色性會(huì)有一定失真。

由于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定使用Ra判斷顯色性，我們只能夠使用這個(gè)參數(shù)做參考，色溫在4000K以上的白光，不要過分依賴Ra評(píng)估顯色性，應(yīng)該采用相同色溫的視覺對(duì)比，這樣對(duì)比的實(shí)際可操作效果優(yōu)于依賴測(cè)試Ra，當(dāng)然，對(duì)于專業(yè)人士，從R1-R15的數(shù)值就可以得出結(jié)論了。

白光的色溫與顯色性是衡量照明品質(zhì)的主要指標(biāo)，同一批次封裝的燈珠的色溫的一致性都會(huì)有差別，需要分色后才能使用，色溫主要考察一致性與色溫的飄移，對(duì)于顯色性，要求至少達(dá)到65以上才能用在照明，影響燈珠色溫與顯色性的參數(shù)有：

1）熒光粉品質(zhì)與配比，熒光粉品質(zhì)越好，色溫一致性越好，色溫漂移越小，熒光粉配比越科學(xué)，顯色性越好。

2）驅(qū)動(dòng)電流越大，色溫會(huì)向高色溫漂移。

3）熒光粉品質(zhì)越差，色溫越容易漂移，光衰也很容易發(fā)生。

4）工作溫度也影響色溫漂移。

5）芯片品質(zhì)越差，色溫一致性也越差。

6）相同材料與封裝工藝的產(chǎn)品，高色溫（如6500K）的一致性較容易做好，低色溫（如3000K）需要色溫分段更小。

LED照明產(chǎn)品受LED燈珠的選擇影響較大，在制造與銷售LED照明產(chǎn)品時(shí)，要更加注重LED燈珠的品質(zhì)鑒別，LED照明產(chǎn)品一般是由多個(gè)LED燈珠組成，這種組成有時(shí)會(huì)把燈珠的不良品質(zhì)模糊化，產(chǎn)品制造者需要從燈珠的參數(shù)分析著手，鑒別出產(chǎn)品的品質(zhì)內(nèi)涵，最大程度的降低經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。

燈珠的價(jià)格問題

燈珠的價(jià)格問題的討論是最讓人感興趣的，對(duì)于LED燈珠采購(gòu)，通常得到的報(bào)價(jià)是每個(gè)燈珠多少錢，不同的封裝價(jià)格也不同，不同的供應(yīng)商報(bào)價(jià)差異性會(huì)導(dǎo)致選擇的困惑，再加上相同封裝但不同封裝材料導(dǎo)致燈珠價(jià)格有差異，那么如何購(gòu)買到價(jià)格好的燈珠呢？

下面這個(gè)方法，大家可以試一下，看看效果怎么樣。

1）首先要按照封裝規(guī)格的電流進(jìn)行燈珠的光譜測(cè)試，同時(shí)需要測(cè)試出燈珠使用芯片的尺寸（長(zhǎng)與寬，單位采用mil），這樣可以計(jì)算出芯片的電流密度。

芯片的電流密度=驅(qū)動(dòng)電流mA/（芯片長(zhǎng)mil×芯片寬mil）

2）根據(jù)光譜測(cè)試報(bào)告測(cè)試的光通量，計(jì)算出流明價(jià)。

燈珠的流明價(jià)=燈珠價(jià)格（分）/ 燈珠的光通量lm

3）把上面兩個(gè)計(jì)算結(jié)果相乘，用這個(gè)乘積就可以比較不同封裝、不同廠家的燈珠，數(shù)字低的就是你要購(gòu)買的燈珠，這個(gè)比較最好在相同色溫段與相同顯色性下比較。

這個(gè)方法是我們通過對(duì)燈珠封裝的研究與分析得出的計(jì)算方法，既簡(jiǎn)單又實(shí)用，也能體現(xiàn)質(zhì)量好的燈珠供應(yīng)商的核心價(jià)值，用這個(gè)方法采購(gòu)的燈珠生產(chǎn)的LED照明產(chǎn)品也會(huì)有質(zhì)量保證;

許多照明企業(yè)都想做好產(chǎn)品，只是不知道這個(gè)“好”是如何規(guī)范的，用這個(gè)簡(jiǎn)單方法來采購(gòu)燈珠會(huì)讓企業(yè)無需過多的專業(yè)知識(shí)就可以規(guī)避劣質(zhì)供應(yīng)商。
來源；國(guó)際led網(wǎng)