色度偏移是否為LED的致命傷?

作者 : Yoelit Hiebert,EDN

用於一般照明的LED照明大約在20年前被導入。隨著LED變得越來越普遍,人們開始關注流明的大小和色度偏移(chromaticity shift),而且在更基本的層面上,這些屬性應該如何測量?

用於一般照明的LED照明大約在20年前被導入。隨著LED變得越來越普遍,人們開始關注流明的大小和色度偏移(chromaticity shift),而且在更基本的層面上,這些屬性應該如何測量?

美國照明工程學會(IES)於2008年首次發布了LM-80,《測量LED光源的流明維持率(Measuring Lumen Maintenance of LED Light Sources)》,並於2015年進行了更新(《IES批准的方法:測量LED封裝、陣列和模組的光通量和顏色維持(IES Approved Method: Measuring Luminous Flux and Color Maintenance of LED Packages, Arrays and Modules)》)。這些規範除了流明維持率外,還提供用於色度偏移測量的功能。所有版本的LM-80標準都要求LED封裝至少運作6,000小時,至少每1,000小時記錄一次流明和色度測量。

照明產業另一個關注點是,在LM-80測試中,基於獲得的有限數據集的長期流明維持率和色度偏移預測的方式。作為回應,IES於2011年發布了TM-21,《技術備忘錄:LED光源的長期流明維護(Technical Memorandum: Projecting Long Term Lumen Maintenance of LED Light Sources》,並於2019年進行了更新,納入輻射和光子通量投影的預測。另外,同樣在2019年發佈的還有TM-35,《技術備忘錄:預測LED封裝、陣列和模組的長期色度坐標偏移(Technical Memorandum: Projecting Long-term Chromaticity Coordinate Shift of LED Packages, Arrays, and Modules)。

使用LM-80-08和LM-80-15方法收集的數據,構成了由Lynn Davis和Monica Hansen於2020年3月發佈的DoE報告基礎。該報告表徵LED封裝的流明和色度維持,以作為2015年推出報告的更新版本,該報告僅關注流明維持率。2020年的新版本對普通照明應用中使用的四種不同LED封裝類型進行了評估:陶瓷基(ceramic-based)、聚合物基、板上晶片(COB)和晶片級。總共223個LM-80數據集,來自領先LED封裝製造商的代表產品,分別依照TM-21-11和TM-35-19中介紹的協議,來預測流明維持率和色度偏移。

不出所料的,2020年研究的結果顯示,自2015年開始研究以來,所有封裝類型的LED封裝壽命都有所改善(除了早期研究中未包括的晶片級封裝)。在2015年的研究中,約有三分之一的LED封裝預計使用壽命超過60,000小時(L70);在2020年的研究中,使用L70封裝中,有96%預計使用壽命可超過60,000小時。該報告並指出,由於聚合物材料的改進,使得基於聚合物的封裝實現了最大的收益。

然而,業界主要的興趣點——關於投影色度偏移的區域,一直到TM-35-19發佈前,任何標準都未涉及。這項研究使用了下表定義的色度偏移模式(CSM),以表徵根據LM-80-15協議測試觀察到的色度偏移。

在穩定狀態下,LED裝置的常見CSM和色度偏移方向。(資料來源:Understanding and Controlling Chromaticity Shift in LED Devices, RTI International。已獲許可使用。)

2020年研究中包括的四種LED封裝類型中的三種,在LM-80測試期間顯示色度偏移,如圖1所示。除COB封裝外,色度偏移模式似乎與封裝類型相關,因此無法得出結論,該研究建議進一步研究用於COB封裝色度偏移的機制。

圖1 在LM-80測試期間,四種LED封裝類型中的三種顯示出色度偏移。(資料來源:美國能源部LM-80數據的LED封裝流明和色度維持行為,Lumen and Chromaticity Maintenance Behavior of Light-Emitting Diode (LED) Packages Based on LM-80 Data)

然後將TM-35-19的方法應用於預測長期色度偏移,並將這些結果與收集的數據進行比較,並預測偏移的方向。該研究得出的結論是,TM-35的預測是合理的,且在偏移幅度方面通常較為保守,但在偏移方向上還不夠。這些發現對於較高階的環境,如博物館、飯店、零售商店甚至雜貨店,具有重要意義,因為在這種環境下,燈光的顏色會影響照明對象的外觀。

從上面的討論中可以看出,LED社群內部仍有許多工作要做,以開發更好的方法來評估長期色度偏移。同樣重要的是請記住,研究結果僅基於在受控環境中針對LED封裝收集的數據。將封裝納入燈具中,且這些燈具在實際環境中的操作會導入許多變量,包括由於熱管理不當造成的損失,在惡劣環境下運作,以及由於紫外線和污垢堆積而造成的光損耗,這些都會影響流明維持率和色度偏移,且迄今為止皆尚未進行評估研究。

(參考原文:Is chromaticity shift a dealbreaker for LEDs?,by Yoelit Hiebert,EDN Taiwan Anthea Chuang編譯)

 

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