LED的基本知识

无论您是制造还是采购LED灯条，了解LED的基本原理至关重要。

作为核心发光元件，LED的特性直接决定了灯条的性能。 对于制造商，本知识指导 LED 芯片的选择、电路设计和过程控制。 对买家来说，区分优质产品和低质量产品是关键，避免“误导性规格”的陷阱。

只有了解 LED 的基本原理，才能确保 LED 灯条满足亮度、能源效率和寿命等核心指标的预期。 下面，我将带您了解有关 LED 的一些基本知识。

什么是LED？

LED（发光二极管）是半导体固态光源“，半导体芯片由P型半导体组成，其中空穴占主导地位，另一部分是N型半导体，其中电子占主导地位。 当这两个半导体连接时，它们形成一个p-n结。 当电流流过导线并作用在芯片上时，电子被推向p型区域。 在 p 型区域，电子与空穴重新结合，以光子的形式释放能量。 这个过程是LED照明背后的原理。 决定其颜色的光的波长由用于形成p-n结的材料决定。

LED可以直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白光。 LED封装是一个塑料外壳，包含一个LED芯片和一个荧光粉。 LED芯片是发射光（蓝色光）的半导体材料，而荧光材料将其中的一部分光转换为绿色和红色波长。 由此产生的白光从LED封装中发出。 包装材料在LED（例如PPA、PCT和陶瓷）的散热中起着重要作用。

LED光源具有低压电源、低能耗、高适应性、高稳定性、短响应时间、环保、多色发射等优点，使其成为现代照明的理想选择。

LED封装的主要类型有哪些？

LED 包装形式包括通孔浸渍、表面贴装 SMD 和集成 COB。

「通孔（浸）”： LED LED 包装呈圆柱形，长引线，芯片位于塑料外壳内。 DIP LED 有两个平行的金属引线。 虽然一些产品今天仍然使用这种设计，但与较新的 LED 包装相比，DIP LED 的光输出和显色指数较低。 这些LED主要用于信号灯和装饰应用，例如圣诞灯串。 然而，它们的散热效果差，发光功效低（<50 lm/w），正在逐渐被淘汰。

表面安装（SMD）：在浸渍LED之后开发了SMD LED。 与 DIP LED 相比，SMD LED 提供更高的发光功效和更低的功耗。 与 DIP LED 相比，它们的设计更小、高度更低、寿命更长、能耗降低了高达 75% 以及更低的维护成本。 主流表面贴装型（如 2835、3030、5050 等）具有紧凑的尺寸、优良的散热和 >120 lm/w 的光效率，使其广泛用于照明灯具中。 有关 SMD LED 的更多信息，请阅读博客： SMD3528、SMD2835 和 SMD5050：哪种 LED 灯带最适合商业和建筑照明？

集成（COB）： COB 封装包括将多个芯片（通常为 9 个或更多）放置在铝基板上，将更多芯片集成到有限的空间中，以在较小的区域内实现更高的发光强度。 这种设计占用的空间更少，同时最大限度地发挥照明潜力。 该技术消除了对基座和焊接的需求，将组装时间缩短了近三分之一并降低了成本。 COB 类型通常用于高效照明设备，例如工业灯、路灯、停车场和需要大照明区域的开放空间。 由于单位面积的高亮度，它们还会产生大量热量，因此必须与大散热器一起使用。 有关 COB LED 和 SMD LED 之间差异的更多信息，请阅读博客： 差贴导致和玉米棒的灯：这是更好吗？

什么是显色指数（CRI）？

显色指数（CRI）是光源准确再现物体颜色的能力的度量。 它主要描述了物体颜色在光源下与自然光（如阳光）下的颜色相比的接近程度。 CRI值越高，光源再现颜色的能力越强，在光源下的物体颜色就越接近自然光下的颜色。 有关 CRI 的更多信息，请阅读博客： LED 灯条的显色指数有多重要？

具有相同色温的光源可以具有不同的光谱组成。 具有更宽光谱成分的光源更有可能提供更好的显色质量。 当光源的光谱缺乏或很少有参考光源下的物体反射的主波长时，它可能会导致显着的颜色差异。 色差越大，光源对该颜色的显色性能就越差。 CRI系数是一种广泛使用的评估光源的显色性能的方法。

CIE 将普朗克散热器定义为参考光源，将其显色指数设置为 100，并指定八个颜色样本。 如果在光源下，样品的颜色与参考光源下的颜色相匹配，则光源的显色指数为 100；如果颜色发生变化，则光源的显色指数低于 100。

显色指数在照明设计和应用中非常重要，特别是在需要对艺术画廊、摄影工作室和医疗设施等物体进行精确色彩还原的场景中。 在这些设置中，选择具有高色彩渲染索引的光源可确保对象颜色的真实性和准确性。 需要注意的是，显色指数并不是评估光源质量的唯一标准，它主要关注光源的再现颜色的能力。 选择光源时，还应综合考虑亮度、色温和能源效率等其他因素。

什么是色温？

色温是指示光中包含的颜色分量的测量单位。 理论上，黑体的色温是指从绝对零（-273°C）加热时表现出的颜色。 当光源的颜色在一定温度下与黑体的颜色相匹配时，该黑体的绝对温度称为光源的色温。 它也被称为“比色温度”。 该单位是开尔文（K）。

常用照明的颜色范围约为2700K～6500K，色温值越低，颜色越红；值越高，颜色越蓝；中间值显得较白。 2200K～3750K的色温称为暖白光；4000K～5000K为中性白光；5700K～8000K为冷白光。

1。 色温和色坐标有一对多的关系；相同的色温可以有不同的x和y值。

2 。 换句话说，它只有在它落在黑体辐射曲线上时才能称为色温。

3。 相同的色温可以产生不同的颜色感知。

有关色温的更多信息，请阅读博客：

3000K vs 4000K vs 5000K vs 6000K：有什么区别？
LED 照明色温比较：5000K 与 6000K
LED 照明色温比较：4000K 与 5000K
LED 照明色温比较：3000K 与 4000K
LED 照明色温比较：2700K 与 3000K

什么是相关色温？

当光源的色度点不在黑体轨迹上，并且光源的色度在一定温度下最接近黑体的色度时，该黑体的绝对温度是光源的相关色温（CCT）。 该单位是开尔文（K）。

在日常使用中，我们可以看到来自光谱仪器的测试数据。 这是相关色温（CCT），而不是色温。 它们有什么区别？ 当然有：光源的色温是理想的黑体辐射器的温度，其发射的光与光源的颜色相对应。 换句话说，只有落在黑体辐射线上时，才可以称为色温。

色温定义在标准线上，而相关色温是相对于该标准色温定义的。 我们产生的白光可能与标准色温线不完全对齐；相反，我们找到“最接近”的点并读取其色温，称为“相关色温”。

因此，即使相关色温相同，如3000K，如果色差为7级，色温范围可为2870-3220K，差值接近350K，可能导致明显的视觉差异。

什么是颜色容差？

颜色容差用于表征由颜色测量系统软件和标准光源计算的 X 值和 Y 值之间的差异。 值越小，产品的颜色坐标越接近标准值。 光源光谱与标准光谱之间的间隙越小，光的颜色越高，精度越高，颜色越纯净。

您可能会感到困惑：对于相同的色温有许多 XY 组合。 什么色温和坐标满足固态照明和人眼的感官舒适度要求？ 如何解决这个问题？ 为了解决这个问题，必须引入颜色容差的概念。

由于红、绿、蓝荧光粉的密度不同，生产过程中容易出现色温差异。 一旦出现这种差异，必须通过颜色容限进行调整，以确保灯的浅色。 作为光源，白色LED照明应遵循色差标准，指导新型白色LED照明光源的开发和应用。

色温与色差的关系

色温是指示光中存在的颜色分量的测量单位。 理论上，黑体的色温是指从绝对零（-273°C）加热时发出的颜色。 黑体被加热到一定温度，发出的光的颜色与特定光源发出的光的颜色相匹配，将黑体加热的温度称为该光源的色温，即色温，测量单位为“K”。值越小，颜色越红；越是颜色越大，颜色越蓝；中间值趋向于白色。 正常使用时照明的典型色温范围约为2700K～6500K，对应暖白光和中性白光。

标准光谱随色温变化。 对于同一光源，如果标准光谱不同，色差也会发生变化。 然而，在测量过程中，标准的光色分析系统通常自动识别所测量光源的色温范围，以确定标准光谱的色温值。 在相同色温下，如果参考标准光谱一致但 X 和 Y 色坐标不同，色差也会有所不同。

颜色坐标和色差是相关的。 颜色坐标是根据颜色图表计算的，色差是实际测量的色坐标与标准的差值。 色差是产品的 X 和 Y 值与标准光源的 X 和 Y 值之间的差异。 距离越小，SDCM 就越低。 有关 SDCM 的更多信息，请阅读博客： 关于 LED 灯条的 SDCM

我们使用 SDCM 来评估浅色，那么我们如何测量这个参数呢？ 通常，一种类似下图所示的分光光度计可用于测试色温和色差。

影响颜色容忍度的因素

1) 芯片变化：来自不同批次或型号的LED芯片的发光特性有着固有的差异，导致颜色坐标的变化。

2）过程影响： 因配药引起的荧光粉分布不均，粘合层厚度偏差超过5%，显着降低了色坐标一致性。

3) 物质效应：磷光体的材料成分、比例和涂层均匀性直接影响光谱分布和色温一致性。

4) 仪器效果例如，分光光度计和积分球之间或同一仪器不同模型之间的差异可能会导致不同的测量结果。 此外，客户设置的关键参数与原始设备制造商 (OEM) 设置的差异，例如积分球体的不同积分时间，也会引入测量误差。

5) 热管理影响：如果灯的热管理不足，温度升高会导致颜色漂移。 LED发光材料表现出显着的温度相关特性；随着发射温度的升高，发射光谱向红色移动，发射峰变宽，在一定温度下，发射停止。 为确保灯的使用寿命和光通量满足要求，LED 灯的结温必须保持在特定范围内。

6) 当前效应：随着驱动电流的变化，发光材料的性能也会受到影响。 发光稳定性越高，色温效果越小，色度容限越小。

为什么同色温的LED灯有不同的颜色？

有些人可能想知道为什么尽管有相同的 3000K 色温，但这些灯的颜色会呈现不同的颜色，这表明色温公差可能无法有效解决问题。 实际上，在指定的色温容差范围内，LED 照明制造商一直面临着色温不一致性的挑战。 这种现象不仅表现为明显的颜色差异，尽管颜色温度相同，称为“相同温度，不同颜色”，而且在颜色相似但测试色温值大相径庭的情况下也存在，称为“相同颜色，不同温度”。

如下图所示，蓝线上的三个点A、B、C属于相同的3000K色温。 A点正好是3000K暖白光，而B点在3050K时略带绿光，C点在2950K时略带微红，相差约50K。 虽然色温差不大，但实际感知的颜色是不同的。

并且，随着色温的降低，“相同的温度、不同的颜色”和“相同的颜色、不同的温度”的现象变得越来越明显。 因此，如果您希望您的产品颜色达到一致性，我们必须使用色差容差 (SDCM) 来解决这个问题。 如果产品的色心点与色差公差中心点一致，则可以使用色差公差来表征色差；色差越大，色差越大。

让我们先来看看以下3000K色温LED灯的色差图像对比：如果两个色坐标落在一个两步椭圆内，人眼几乎无法辨别它们之间的差异。 如果是5步椭圆，色差会变得明显；如果是3步椭圆，边界颜色和中心色之间的差异一目了然。 因此，对于3000K色温照明，如果目标是实现接近零的色差，通常应将色差设置在3个步骤内。

从上面的分析中，很明显色差有多重要。 如果色差不受控制，则产生的LED灯条在照明时可能呈现不一致的颜色。 想象一个线性光带；如果LED之间存在色差，它们很容易被人眼发现。 当整个灯带的颜色不一致时，会导致光线体验不佳。 为了实现高质量的照明效果，您应该购买具有更高发光效率和更小 SDCM 值的灯带。

LED行业颜色容差标准

1942年，科学家Macadam使用相关原理对25种颜色进行了实验，测量每个颜色点的5至9个相对侧，并记录它们可以区分颜色差异的两个点。 结果是一个大小和长度不同的椭圆，称为澳洲坚果椭圆。

在碎片椭圆中，即使有色差，我们的眼睛也无法检测到它们。 然而，一旦颜色落在这个椭圆之外，我们就可以很容易地辨别出颜色的差异。 因此，在澳洲坚果椭圆中，我们可以考虑点的颜色是一致的。

碎片椭圆的大小也称为颜色匹配的标准偏差（SDCM），这是评估颜色一致性的重要指标。 通过增加碎石椭圆的长轴和次轴的比率，我们可以得到不同阶的澳洲坚果椭圆，比如二阶、三阶等。 这些不同订单的椭圆为我们提供了评估颜色一致性的更详细标准。

1。 欧美色温x.y坐标标准点

目前使用的主要色差标准是北美 ANSI 标准和 IEC 欧洲标准。 相应的色差中心点总结如下：

2. 能源之星和欧洲色差标准范围

● 能源之星ANSI C78.376，色差≤7 SDCM，按LED特性划分区域。

● 欧盟IEC 60081标准，色差≤7 SDCM，根据发光技术要求定义LED区域。

概括

经过以上介绍，相信大家现在对LED色温有了更好的了解。

SignliteLED是一家专业从事LED灯具研发、制造的高新技术企业，以技术创新和严格的测试为核心竞争力。 公司拥有完善的研发系统，确保所有LED灯带灯的色温偏差在暖色温度下控制在3个步骤内，在5个步骤内控制冷白色温度。

从芯片选择到驱动电路设计，一切都在内部进行控制。 产品范围包括 灵活的 LED 灯条, COB LED灯条, LED霓虹灯灯带和其他高附加值类别。 通过为公司配备分光光度计、恒温和湿度测试室等设备，建立了20多个测试标准，包括72小时的老化测试和IP防水等级，以确保产品性能的稳定性和可靠性。 如果您对这些产品感兴趣，请联系我们的业务团队。