采用熱分箱技術提高LED的色度精度與一致性

盡管LED制造工藝復雜，但生產相同色度和相關色溫（CCT）的LED是不可能的。相反，制造商將完成的組件分類為具有緊密匹配輸出的設備的“箱”。然后，工程師根據其最終產品規(guī)格從緊密匹配的箱中選擇產品。

傳統的裝箱方法的缺點是LED通常在350 mA的任意驅動電流和25°C的結溫（工廠的典型環(huán)境溫度）下進行測試。這些參數在商用LED的早期階段是令人滿意的，因為設備經過保守處理以延長使用壽命，但是今天更堅固的芯片驅動更加困難，工作溫度遠遠超過用于分級測試的結溫。 LED色度隨溫度漂移，因此測試和工作溫度之間的這種差異可能使得難以為給定的應用選擇所需的色度。

然而，最近，一些開創(chuàng)性的LED制造商，如Cree，采用了所謂的熱裝箱。這些制造商不再將產品在25°C下裝箱，而是將其元件分組在85°C - 更接近當今的典型工作溫度 - 提高色度選擇的精度和使用LED的最終產品的一致性。本文著眼于熱分箱的優(yōu)點，并重點介紹了一些受益于該技術的LED。

分類LED

LED采用復合材料制造半導體制造工藝，受量子力學定律支配。兩者都引入了色度的變化（顏色 - 由LED發(fā)出的光子的波長決定），CCT和最終產品的最佳正向（驅動）電壓。

在LED的早期 - 基于主流照明，這為照明工程師帶來了挑戰(zhàn)，因為名義上相同的產品發(fā)出不同顏色的光（眼睛的顯著能力甚至無法檢測到最微小的顏色變化）。對于包含許多這些“相同”燈的裝置，這種顏色變化對提高LED作為優(yōu)質產品的聲譽幾乎沒有作用。

解決方案采用分級的形式，這是一個過程，芯片制造商將LED預先分類為緊密顏色匹配的組（“分檔”），以便工程師可以從一小組相鄰組中選擇組件確保消費者無法察覺最終產品的任何顏色變化。還對箱進行分類以考慮CCT和正向電壓變化。該技術借鑒了傳統照明制造商，這些制造商多年來一直使用它來對傳統照明中的顏色變化進行分類，例如熒光和金屬鹵化物設備。

在LED的情況下，箱子由沿著國際委員會國際委員會（CIE）1931 x，y色空間中的“黑體”軌跡繪制的一系列色度四邊形來定義。四邊形名義上等同于CCT和偏離黑體軌跡的窄范圍。 （參見TechZone文章“定義白光LED的顏色特性”。）制造商通過在預先確定的測試條件下精確測量樣品的輸出來確定LED屬于哪個箱。圖1顯示了Cree的XLamp MHD-G的分檔四邊形，這是一系列中功率LED，在106 lm/W（正向電流350 mA，正向電壓36 V）下提供1335 lm。

圖1：Cree XLamp MHD-G LED的分檔。 （由Cree提供）

關于測試條件的選擇沒有硬性規(guī)定，但大多數主流制造商最初都采用350 mA，3 V驅動電流/電壓（“1 W” “功耗”和25°C的結溫。驅動電流/電壓的選擇非常有意義，因為它是該技術早期LED領域中最常用的。然而，結溫的選擇更多是為了方便而不是模仿實際工作條件，因為它允許制造商通過檢查LED來加速測試，而無需等待元件升溫到典型的工作溫度，然后再快速移動到下一個工作溫度。裝置。

早期的照明LED很脆弱，特別是熱量可以很快殺死芯片。因此鼓勵工程師限制結溫以提供合理的壽命。 （請參閱TechZone文章“了解高亮度LED褪色的原因”。）盡管如此，典型的工作溫度通常會超過LED裝箱的25°C測試極限。增加結溫導致LED色度和CCT在CIE x，y顏色空間中漂移。 （參見TechZone文章“對白光LED色度的熱效應”。）

LED制造商認為，這種漂移不太可能將LED的x，y坐標移動到四邊形定義的邊界之外垃圾箱因此對消費者來說是不可察覺的。在最糟糕的情況下，制造商聲稱，工程師可以通過參考制造商數據表的擴展測試結果圖來計算效果，以確保達到預期的最終結果。

然而，今天的芯片是不同的;他們更加堅強。這種增強耐用性的關鍵優(yōu)勢在于工程師可以利用更高驅動電流增加亮度的事實。圖2顯示了Philips Lumileds LUXEON 3030 LED，84 lm，115 lm/W（120 mA，6.1 V）設備的這種關系。通過提高果汁，工程師可以減少給定輸出所需的LED數量，從而簡化設計和裝配。 （參見TechZone文章“高電流，高亮度LED簡化電源解決方案”。）

圖2：LUXEON 3030的發(fā)光度與正向電流LED。

缺點是這些較高的驅動電流會推高結溫，從而增加了分檔和工作溫度下LED輸出之間的色度漂移。溫度之間的這種相對大的差異使得難以計算色度和CCT偏移的計算。更糟糕的是，在如此寬的范圍內，由于每個設備的色度偏移并不相同，即使在相同操作條件下來自同一個箱的LED也可能在漂移方面顯示出顯著差異，因此也就是最終輸出。

加熱

一些制造商已經解決了通過實施熱裝箱來在較高工作溫度下表征LED輸出的挑戰(zhàn)。 Cree聲稱是第一家在2011年推出該技術的制造商 1 ，但后來又被其他幾家大公司加入。這組公司已經融合在85°C的結溫下進行熱裝箱，因為這對于大多數現代應用而言是一個合理的中點。

Cree于2011年2月推出了熱裝式XLamp MT-G，隨后該產品系列又增加了五個主要的Cree XLamp平臺，包括最新的XM-L2設備（310 lm，155 lm/W（700 mA） ，2.85 V）。圖3顯示了溫度對在85°C下裝箱的XM-L2設備的相對色度的影響（即相對于裝箱溫度的變化）。

圖3：Cree XM-L2 LED在85°C下裝箱的相對色度與溫度的關系。

Philips Lumileds和OSRAM還提供熱裝LED。例如，Philips Lumileds' LUXEON 3020 LED（45 lm，123 lm/W（120 mA，3.05 V）在85°C下進行測試。同樣，OSRAM的OSLON Square平臺（172 lm，85 lm/W（700 mA，2.9 V））進行了binning測試較高的溫度。

熱量分級是有用的，因為色度偏移計算的起點比25°C測試更接近典型的工作溫度。但是，如果工程師仍需要進行數學運算。系統將在85°C以外的任何溫度下運行。例如，冷凍箱中使用的LED工作溫度為20-25°C，室外燈具工作溫度為60-65°C，筒燈采用隔熱天花板或幾乎任何改型燈泡通常在100°C以上運行。

同樣非常重要的是要認識到熱分級沒有說明一旦溫度偏離測試點，LED色度漂移的速度有多快。與信譽較低的產品相比，信譽良好的制造商提供的質量更好的設備在很寬的溫度范圍內變化很小。