如何選購LED植物燈燈珠

LED的發展要歸功於，1993年日本日亞公司實現了藍光晶元的量產，藍光LED的出現，開拓了人類照明新的領域，隨著LED的技術發展，在農業種植應用的LED植物燈也引發了創新時代，LED植物燈的品質和LED燈珠有著密切的關係，那麼如何選購好的LED燈珠便成了重中之重，以下文章便從各個方面具體分析，幫助大家更清晰深入的了解LED，從而選到適合本企業產品的LED植物燈燈珠。

一、LED的生產流程

LED晶元生產過程包括兩個方面，一個是外延片生長，另一個是晶元生產。

LED外延片生長技術主要採用有機金屬化學氣相沉積法（MOCVD）生產的具有半導體發光特性的外延片，外延片是製造LED晶元的原材料，下圖是採用藍寶石襯底的外延片生產過程：

LED晶元是採用外延片製造的，晶元是提供LED燈珠封裝的器件，是LED燈珠品質的前提，下圖是LED晶元生產過程：

LED燈珠的封裝是根據LED燈珠的應用要求，把晶元封裝在相應的支架上的製造過程，LED封裝決定LED燈珠性價比，是LED燈珠品質關鍵環節，下圖是LED燈珠封裝過程：

從上面LED的生產過程可以看出，LED的製造工藝複雜，技術含量高，在整個過程中，只要一個環節出問題，LED燈珠就失去品質性能。

二、LED的技術參數

在生產工藝過程中，同一批原材料在生產過程由於各種原因導致封裝後的成品都會有不同的質量，單純從外觀與工藝無法分辨，需要測量技術支持，對於植物燈的應用，需要按照植物燈光譜參數指標進行選購。

植物燈是光譜技術參數化的產品，植物燈用的燈珠與照明用燈珠在參數表述上有很大不同，目前的LED封裝企業提供的燈珠參數無法適合植物燈的設計參數要求，這個問題的產生是由於植物燈光譜測試技術與植物燈光譜標註參數的特殊性造成的。

植物燈製造企業在選購燈珠時，需要把燈珠的照明參數轉化到植物燈燈珠的光譜參數，這個參數轉化過程我們稱為植物燈燈珠的光譜參數化，植物燈產品的設計必須使用參數化的燈珠參數，否則設計指標沒有依據實現。

燈珠的參數化後表達就很直觀，如：

QE1.042/645nm/3.28V/60mA/2835

技術產品許多是參數化產品，如電腦用的顯卡，其表述參數就代表顯卡性能與價格。

下面是LED光源光譜參數化的樣式

植物燈光譜參數化的主要參數：

1、輻射功率：

LED燈珠的輻射功率是決定植物燈產品性能的主要指標，輻射功率越大，燈珠的PPF值越高，做出來的植物燈輻射性能越好。

燈珠的輻射功率與晶元面積有關，晶元面積用晶元的長與寬相乘得出，晶元面積越大，輻射功率越高。

LED燈珠的輻射功率是由晶元輻射功率等級與價格決定，晶元輻射功率越大，價格越貴。

以廈門三安的晶元為例，S-23BBMUP-C******* ，晶元尺寸為23X10mil，這個芯有4個輻射功率等級（@20mA）。

D24與D27的輻射功率相差8mW，也就是說，相同尺寸的晶元，做出燈珠的PPF值不同，採購時需要了解晶元的輻射功率等級。

2、耗電功率

LED燈珠是按照電流規格大小劃分功率等級的，電流的規格越大，晶元承受的功率越高，但晶元的發熱量也越大。

不同電流規格的晶元被封裝成不同的尺寸規格，如：2835,5730,3030等，對不同封裝規格的選用是依據植物燈結構設計要求，通常，小功率的晶元效率高且發熱量小。

3、輻射效率

燈珠的輻射效率=輻射功率/耗電功率*100%，輻射效率值小於100%。

輻射效率表達的是每耗一瓦電所產生的輻射功率佔比，輻射效率越大越好。

輻射效率受到半導體材料生產技術的限制，也受到封裝技術與散熱技術的限制，影響輻射效率的主要原因有：

晶元製造品質的影響：不同的生產設備與晶元技術影響晶元的輻射效率，選擇品牌晶元廠家是有效的方法。

支架材質：目前市場上有鋁支架、黃銅支架、紫銅支架等，鋁支架最便宜，紫銅支架最貴，即便是紫銅支架，鍍銀品質也有高低之分；封裝材料還包括各種固定和填充的膠的品質。

白光與稀土工藝的燈珠品質還受熒光粉的品質影響，高品質的熒光粉光衰低；白光的熒光粉主要分鋁酸鹽和硅酸鹽，鋁酸鹽性能優於硅酸鹽，鋁酸鹽最為代表的是YAG，YAG性能穩定，光衰低，硅酸鹽自身的化學穩定性較差，但亮度比YAG高。

焊線材料：除倒裝晶元與CSP封裝之外，大多數燈珠封裝是採用金線焊接工藝，把晶元與支架的電極連通，目前市場上有合金線、純金線兩種，純金線最好，金線按照粗細又分0.7、0.9、1.0、1.2等，金線越粗，熱組越低，燈珠壽命越長。

4、PPF值：燈珠的PPF需要專門的軟體進行計算，植物燈的功率確定是依據LED燈珠的PPF值進行計算，封裝企業如果提供不了燈珠的PPF值，就無法成為一個合格的植物燈燈珠供應商。

5、MPF值：波長在380nm-800nm範圍內的光子通量測量值，單位umol/s，對於單色的燈珠，MPF=PPF，對於採用熒光粉封裝的燈珠，MPF值大於PPF值，熒光粉封裝的燈珠參數表達需要同時標註MPF與PPF這兩個參數。

6、QE值：QE值是每瓦的PPF值，是由植物燈燈珠光譜參數的推導參數，單位是umol/J，這個參數是植物燈燈珠的綜合指標，也是最重要的性能對比指標，QE值是燈珠光譜參數化後必須標註的參數，QE值的準確性涉及到燈珠的光譜測試技術水平，測量誤差會導致QE值失真。

7、輻射配比：在定義波段範圍內的各輻射量之間的相互關係，兩種方式表達。

輻射含量：某個波段占整個輻射量的百分比，輻射含量是某個波段的輻射量佔總輻射量的權重。

輻射比：兩個波段之間的比值，輻射比是相互之間的單位權重，通常是R：B與R：FR。

輻射配比僅對於白光與稀土工藝的燈珠有效，單色光沒有輻射配比。

8、分壓規格：就是晶元的電壓分檔，如3.0V-3.15V，對於串並聯方式連接的光源，電壓分檔控制在0.15V以內，這樣每串光源的電流分布均勻，有利於提高光源的壽命。

9、色溫分檔：對於採用白光燈珠的分色，封裝廠需要提供色溫的BIN碼，植物燈採用白光對分色要求相對不嚴格，對色BIN使用可以適當放鬆。

三、評估規則

1、燈珠光譜參數的評估規則

燈珠的輻射效率是光譜參數的基礎，在輻射效率相同下，PPF，MPF，QE的比較才有意義。

QE會隨著綠光輻射含量的增加而趨向失真，對於單色光燈珠，QE越大越好。

目前，LED燈珠的QE還沒有超過2.2umol/J，任何測試分析的QE參數接近這個上限，需要評估測試方法與測量數據的誤差。

未來，當LED燈珠QE跨越2.2umol/J後，LED植物燈將進入全面應用的環境，其他光源將逐步退出應用，植物燈光譜技術把QE達到3.0umol/J作為未來幾年的研究目標。

2、LED燈珠在植物燈應用的規則

LED燈珠的驅動電流最好不要超過規格電流，目前的晶元電流規格已經是接近晶元承受的上限，儘管可以通過改善散熱來加大驅動電流，獲得較高的PPF值，與此同時，燈珠的功率也加大，PPF與功率的增加並非線性，結果是QE值反而降低。

這個現象的機理是加大電流後電子空穴的複合率下降，晶元的晶格缺陷開始突出，晶元的發熱加大，導致晶元的輻射效率下降，耗電功率增加程度高於PPF增加的程度，植物燈的QE值下降。

一個良好的設計是在燈具散熱指標與輻射效率之間找到最優先方案，而不是使用價格昂貴的散熱器來增加光源的功率，結果往往是加大功率後把QE指標降下來。

把好的燈珠做成差產品是我經常看到的現象，有些植物燈把燈珠的QE1.3做成植物燈的QE0.8，如果植物燈的QE做到0.7以下，我建議還是改用價格便宜的照明燈，這些問題的產生是因為企業沒有建立光譜參數化的理念。

提示：通過降低燈珠的驅動電流是獲得較高QE值的有效方法。

LED燈珠是電流器件，盡量選擇較低的結電壓（Vf），可以相應的提高QE值，較低的Vf還可以降低燈珠的發熱量，大功率的植物燈對Vf的選擇尤其重要。

燈珠的輻射效率高低決定植物燈的發熱量，燈珠的發熱功率=（1-輻射效率比）*電功率。

可以通過測試計算燈珠實際的熱功率來驗算輻射效率值是否正確。

在有光譜設計能力的前提下，採用單色燈珠配比的非連續光譜會在光衰指標得到保證。採用連續光譜燈珠的時候，光衰指標與藍移指標都是要首先考慮的因素，但是，連續光譜的燈珠性價比是具有優勢的。

連續光譜需要注意R：B與R：FR的指標，同時，綠光輻射量過大會引起QE失真。

燈珠的測量參數受到極限參數限制，任何接近極限參數的測試數據都需要專業的評估機構評估，不可輕易相信。

LED燈珠測量參數異常主要是觀察輻射效率與QE值，QE值比較直觀，這兩個指標的異常都需要重新測量。

我對LED晶元的測量誤差與虛標最為擔憂，我一直強調植物燈是參數化的產品，植物燈賣的就是光譜參數，光譜參數失真，種植效果就無從談起。

對於測量誤差與虛標參數，我的光譜設計理論設置了一個檢測的環節，那就是XD因子，通過XD因子，我們可以通過測量其照度值，用XD因子換算成PPFD，用這個PPFD就可以效驗QE是否準確，這是我們植物燈光譜技術的創新點，這個閉環的設計理論更加可靠的保證了植物燈光譜參數的準確度。

3、LED燈珠採購的性價比

對於燈珠的採購，最為關心的是燈珠的性價比，通常人們對比的是同類封裝的價格，我們提供一個燈珠性價比的計算公式，可以方便的比較產品價格的優劣。

燈珠的性價比=QE/價格，它表示單位價格買到的QE值高低。

性價比高，表示單位價格獲得的QE值大

對於SMD封裝，價格推薦採用角。

對於COB封裝，價格推薦採用元。

掌握了以上的知識點，植物燈的參數化概念便更加清晰，相信對植物燈燈珠的採購與評估會有極大的幫助，從而提高植物燈的市場競爭力。

植物燈是光譜技術參數化的產品，應該採用專業的光譜參數來描述產品與市場營銷，讓那些造假與偽劣產品無法充斥市場，共同維護植物燈產業的健康發展。

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