采用热分箱技术提高LED的色度精度与一致性

尽管LED制造工艺复杂，但生产相同色度和相关色温（CCT）的LED是不可能的。相反，制造商将完成的组件分类为具有紧密匹配输出的设备的“箱”。然后，工程师根据其最终产品规格从紧密匹配的箱中选择产品。

传统的装箱方法的缺点是LED通常在350 mA的任意驱动电流和25°C的结温（工厂的典型环境温度）下进行测试。这些参数在商用LED的早期阶段是令人满意的，因为设备经过保守处理以延长使用寿命，但是今天更坚固的芯片驱动更加困难，工作温度远远超过用于分级测试的结温。 LED色度随温度漂移，因此测试和工作温度之间的这种差异可能使得难以为给定的应用选择所需的色度。

然而，最近，一些开创性的LED制造商，如Cree，采用了所谓的热装箱。这些制造商不再将产品在25°C下装箱，而是将其元件分组在85°C - 更接近当今的典型工作温度 - 提高色度选择的精度和使用LED的最终产品的一致性。本文着眼于热分箱的优点，并重点介绍了一些受益于该技术的LED。

分类LED

LED采用复合材料制造半导体制造工艺，受量子力学定律支配。两者都引入了色度的变化（颜色 - 由LED发出的光子的波长决定），CCT和最终产品的最佳正向（驱动）电压。

在LED的早期 - 基于主流照明，这为照明工程师带来了挑战，因为名义上相同的产品发出不同颜色的光（眼睛的显着能力甚至无法检测到最微小的颜色变化）。对于包含许多这些“相同”灯的装置，这种颜色变化对提高LED作为优质产品的声誉几乎没有作用。

解决方案采用分级的形式，这是一个过程，芯片制造商将LED预先分类为紧密颜色匹配的组（“分档”），以便工程师可以从一小组相邻组中选择组件确保消费者无法察觉最终产品的任何颜色变化。还对箱进行分类以考虑CCT和正向电压变化。该技术借鉴了传统照明制造商，这些制造商多年来一直使用它来对传统照明中的颜色变化进行分类，例如荧光和金属卤化物设备。

在LED的情况下，箱子由沿着国际委员会国际委员会（CIE）1931 x，y色空间中的“黑体”轨迹绘制的一系列色度四边形来定义。四边形名义上等同于CCT和偏离黑体轨迹的窄范围。 （参见TechZone文章“定义白光LED的颜色特性”。）制造商通过在预先确定的测试条件下精确测量样品的输出来确定LED属于哪个箱。图1显示了Cree的XLamp MHD-G的分档四边形，这是一系列中功率LED，在106 lm/W（正向电流350 mA，正向电压36 V）下提供1335 lm。

图1：Cree XLamp MHD-G LED的分档。 （由Cree提供）

关于测试条件的选择没有硬性规定，但大多数主流制造商最初都采用350 mA，3 V驱动电流/电压（“1 W” “功耗”和25°C的结温。驱动电流/电压的选择非常有意义，因为它是该技术早期LED领域中最常用的。然而，结温的选择更多是为了方便而不是模仿实际工作条件，因为它允许制造商通过检查LED来加速测试，而无需等待元件升温到典型的工作温度，然后再快速移动到下一个工作温度。装置。

早期的照明LED很脆弱，特别是热量可以很快杀死芯片。因此鼓励工程师限制结温以提供合理的寿命。 （请参阅TechZone文章“了解高亮度LED褪色的原因”。）尽管如此，典型的工作温度通常会超过LED装箱的25°C测试极限。增加结温导致LED色度和CCT在CIE x，y颜色空间中漂移。 （参见TechZone文章“对白光LED色度的热效应”。）

LED制造商认为，这种漂移不太可能将LED的x，y坐标移动到四边形定义的边界之外垃圾箱因此对消费者来说是不可察觉的。在最糟糕的情况下，制造商声称，工程师可以通过参考制造商数据表的扩展测试结果图来计算效果，以确保达到预期的最终结果。

然而，今天的芯片是不同的;他们更加坚强。这种增强耐用性的关键优势在于工程师可以利用更高驱动电流增加亮度的事实。图2显示了Philips Lumileds LUXEON 3030 LED，84 lm，115 lm/W（120 mA，6.1 V）设备的这种关系。通过提高果汁，工程师可以减少给定输出所需的LED数量，从而简化设计和装配。 （参见TechZone文章“高电流，高亮度LED简化电源解决方案”。）

图2：LUXEON 3030的发光度与正向电流LED。

缺点是这些较高的驱动电流会推高结温，从而增加了分档和工作温度下LED输出之间的色度漂移。温度之间的这种相对大的差异使得难以计算色度和CCT偏移的计算。更糟糕的是，在如此宽的范围内，由于每个设备的色度偏移并不相同，即使在相同操作条件下来自同一个箱的LED也可能在漂移方面显示出显着差异，因此也就是最终输出。

加热

一些制造商已经解决了通过实施热装箱来在较高工作温度下表征LED输出的挑战。 Cree声称是第一家在2011年推出该技术的制造商 1 ，但后来又被其他几家大公司加入。这组公司已经融合在85°C的结温下进行热装箱，因为这对于大多数现代应用而言是一个合理的中点。

Cree于2011年2月推出了热装式XLamp MT-G，随后该产品系列又增加了五个主要的Cree XLamp平台，包括最新的XM-L2设备（310 lm，155 lm/W（700 mA） ，2.85 V）。图3显示了温度对在85°C下装箱的XM-L2设备的相对色度的影响（即相对于装箱温度的变化）。

图3：Cree XM-L2 LED在85°C下装箱的相对色度与温度的关系。

Philips Lumileds和OSRAM还提供热装LED。例如，Philips Lumileds' LUXEON 3020 LED（45 lm，123 lm/W（120 mA，3.05 V）在85°C下进行测试。同样，OSRAM的OSLON Square平台（172 lm，85 lm/W（700 mA，2.9 V））进行了binning测试较高的温度。

热量分级是有用的，因为色度偏移计算的起点比25°C测试更接近典型的工作温度。但是，如果工程师仍需要进行数学运算。系统将在85°C以外的任何温度下运行。例如，冷冻箱中使用的LED工作温度为20-25°C，室外灯具工作温度为60-65°C，筒灯采用隔热天花板或几乎任何改型灯泡通常在100°C以上运行。

同样非常重要的是要认识到热分级没有说明一旦温度偏离测试点，LED色度漂移的速度有多快。与信誉较低的产品相比，信誉良好的制造商提供的质量更好的设备在很宽的温度范围内变化很小。