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为什么你的LED平板灯质量老是上不去

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放大字体  缩小字体 发布日期:2016-02-19  作者:刘毅清  编辑:Tony
核心提示:随着LED芯片光效提高,封装技术不断改进,以及LED灯具散热技术的发展,LED光源在照明领域拓展迅速,LED平板灯产业一派繁荣。

随着LED芯片光效提高,封装技术不断改进,以及LED灯具散热技术的发展,LED光源在照明领域拓展迅速,LED平板灯产业一派繁荣。


LED平板灯具有发光均匀、低眩光、安装简单等众多优点,市场发展前景良好,引领现代时尚室内照明的新潮流。但是,目前市场上LED平板灯质量良莠不齐,有些生产厂商不顾产品质量,一味压低价格,进行恶性竞争,严重影响了产业的健康发展。


由于LED平板灯目前尚未出台国家标准,2014年中国电子工业标准化技术协会和华聚产业共同标准推动基金会共同公布了两岸共通标准GT004-2012“室内一般照明用LED平板灯具”,对LED平板灯做出了安全和性能上的规定,规范LED平板灯的质量要求,作为平板灯生产厂家生产的参照依据,也使得市场管理能有法可依。参照两岸共通标准要求,下面对如何控制LED平板灯质量进行探讨。


结构特点


LED平板灯结构与其他灯具相比具有独特性,其主要由光源、导光板、扩散板、反射纸、驱动电源等组成,比其他灯具多了导光板、扩散板、反射纸等类似LED背光源产品的结构。


(1)LED 光源


LED平板灯生产厂家在LED光源的使用上基本上都是采用SMD贴片系列,比如3528、3014 等。LED平板灯生产厂家所面对的市场是动态的,厂家将根据客户对产品的实际需要来选择满足设计要求的光源。LED光源的选择对产品性能提升极为关键,是提高 LED平板灯品质的重要因素之一。


(2)导光板


导光板的作用是将LED点光源发出的光通过光学技术转变成面光源,将侧面LED光通过网点折射使光线从正面均匀导出。目前主要采用印刷形导光板形式,导光板质量将直接影响到产品的亮度及均匀性,要求有良好的透光性能。


导光板是LED平板灯质量控制的关键点,网点设计不好,得到的整体光效就差,出光不均匀,还会出现中间亮两边暗、进光处有亮光带、可见局部暗区、不同角度亮度不一致等情况。要提高导光板的光效主要靠网点的设计,其次是板材的质量,宜选择透光率高的合格板材。


(3)扩散板


扩散板的主要作用在于将导光板的光均匀导出,让光的分布更加均匀。当光线射到扩散点时,反射光会往各个角度扩散,然后再由导光板正面射出,利用各种疏密、大小不一的扩散点,使导光板均匀发光,提高导光板的亮度。还能起到模糊网点作用。


扩散板一般使用亚克力2.0的板材或PC料,差点的就是PS材料。亚克力的成本较低且透光率比PC稍高,抗老化性能弱;PC的价格稍为昂贵,但抗老化性能强。扩散板在装上以后不能看到网点,且透光率要在90%左右。亚克力透光率在92%,PC约为90%,PS约为88%,厂家可以根据需求进行扩散板材料的选择,目前多数厂商都是采用亚克力材料。


(4) 反光纸


反光纸的作用是将导光板下溢出的光全反射,使得LED发出的光充分利用,尽可能选用反射率接近100%反光纸,使其光利用最大化,提高LED平板灯的输出亮度,一般为RW250。


(5)后盖板


主要作用就是密封LED平板灯,一般采用铝板,同时还可起到散热作用。


(6)驱动电源


目前有两种LED驱动电源,一是使用恒流电源,此模式效率高,PF值高达0.95,性价比高;二是使用恒压带恒流电源,性能稳定,但是效率低,成本高,一般使用这种电源主要是为出口,对方有认证要求。实际上家庭使用恒流电源是安全的,因为用户都难以接触到电源,而灯体本身使用的是安全低电压。


效能提高



效能高低是评价LED平板灯性能的一个重要指标。光效(luminous efficacy)是光源发出的光通量与其所消耗的电功率之比,单位为lm/W。灯具效能(luminaire efficacy)是指在灯具的声称使用条件下,灯具发出的初始总光通量与其所消耗的功率之比,单位为lm/W。


“光效”用于评价LED光源,“灯具效能”用于评价LED灯具,LED光源光效与LED灯具效能都表示电能转化为光能的效率,是描述照明产品节能特性的指标,但其内涵是不同的。按照GT004-2012“室内一般照明用LED平板灯具”标准,测量应在相对湿度不超过65%、温度为25℃±1℃的无空气对流环境下进行,并应使LED平板灯具处于稳定工作状态。


LED光源光效中的光源光通量是指裸光源(还未装入灯具的状态)发出的光通量。LED灯具效能中的分子光通量是指光源装入灯具,同时使用所需的LED控制装置或LED 控制装置的电源后,灯具发出的光通量。LED光源消耗的电功率小于LED灯具消耗的电功率。


LED光源光效远大于灯具效能。其一是因为LED进入灯具后,色温升高,光输出减少;其二因为光源进入灯具、使用LED控制装置或电源后存在的系统损耗;其三是光线经过灯具光学系统后的损失,上述因素均会造成灯具光效降低。GT004-2012“室内一般照明用LED平板灯具”标准规定了不同色温的灯具效能等级(下表)。



对LED平板灯测试时发现,提高效能必须做好以下两点:一是要选择高光效、高亮度的LED,既可以提高效能,也可以降低成本,更重要的是改善LED平板灯的品质。二是对LED发出的光要充分利用,如果只是关注LED的亮度,而未能对光路进行设计改善,有效提高光的利用率,对提升LED平板灯效能效果不大。


从LED光源发射至导光板、反射板,直到最后的LED平板灯显示输出的整个过程,光的利用率从亮度指标来看会减少30% 左右,LED平板灯从导光板到最终利用率不到70%。要提高光利用率,需要选择质量优良的导光板、反射纸等材料,不仅要符合LED平板灯设计技术性能指标,还要在规格尺寸上相互配合。由于直下式的模块较厚,不符合轻薄美观的趋势,因此,目前多以侧光为主。


导光板的作用在于引导光的散射方向,用来提高面板的亮度,并确保面板亮度的均匀性。现在应用的导光板越来越薄,其品质对LED平板灯质量影响极大,导光板的透光率和光学均匀性指标优劣是侧光式LED平板灯效能提升的关键。


导光板是利用射出成型的方法将丙烯压制成表面光滑的板块,或是利用现成的压克力平板,透光率达到90% 以上;然后用具有高反射且不吸光的材料,在导光板的底面用网版印制的方式印上扩散点,反光纸将溢出底面的光全反射回导光板中,用来提高光的使用效率和正面的亮度。经过实验室测试,结果显示LED专业厂家生产的LED平板灯效能在色温5500K 时可以达到110 lm/W,但是能够达到效能一级的厂家还不多。


良好的均匀性


LED平板灯的另一个重要指标是其发光的均匀性,两岸共通标准GT004-2012“室内一般照明用LED平板灯具”提出亮度均匀度(luminance uniformity)的要求,是指灯具发光面上最小亮度和亮度算术平均值的比值。


作为LED平板灯,发光的不均匀性将导致面板显示亮度的均匀不一,造成人眼感知上的不舒服。按照GT004-2012标准要求,LED平板灯具的亮度均匀度应不小于0.8。测试方法主要是根据屏幕尺寸的大小,选择适当的测试点,测出各点的亮度值。


正方形的边长L、长方形的长边L和圆直径D不大于20cm的LED平板灯具,按下图(a)的要求布点;大于20cm的LED平板灯具按下图(b)的要求布点。在LED平板灯具发光面上的测试圆斑直径为2cm~3cm,将各点的亮度值与平均亮度相减后取最大值,再将最大值除以平均亮度取百分比即为亮度均匀性。一般认为均匀性能达到80%以上对人眼的感知就影响不大。



平板灯具的亮度均匀度测试是首次在标准中对室内灯具的表面亮度提出要求。它体现平板灯具特色参数,是这一类灯具的重要特点之一。在室内照明中,面发光灯具营造柔和简单的照明效果是其它支架灯具或格栅灯具不能替代的。


室内照明中,带扩散板的荧光灯具同样是具有面发光效果,已使用很多年,但达不到LED平板灯具的亮度均匀度水平。原因是荧光灯管是全向发光的光源,无法再调整光学系统使其达到更佳的亮度均匀度,且灯具效能是40lm/W的水平。而LED灯具的光源是半空间发光,在灯具内,光线利用率高,灯具效能均可达到80lm/W以上,同时亮度均匀度能达到较高的水平。


采用侧导光结构LED平板灯,LED发光管是排列在导光板的侧面,灯具的视觉效果比较好。目前国内厂商大多数仍采用印刷式的导光板作为导光组件,利用各种疏密、大小不一的扩散点,使导光板均匀发光,以获得良好的发光均匀性。


从检测结果来看,小尺寸LED平板灯亮度均匀性容易达到要求,即使均匀性有点偏离,人眼对其也不易感觉出来。较大面积LED平板灯,有时会由于导光板的质量问题出现亮度上的不均匀性,还有工艺原因造成上述的进光处亮光带,或者可见局部暗区现象。因此,导光板、扩散板、和反射纸等主要原材料的选择要做好质量评价,并在原材料进厂要严格把关,生产企业应配备必要光学亮度计和透光率测试仪器。


色差异


从人眼的视觉敏感度来讲,人对黄、绿色的颜色敏感,也就是说这两种颜色稍微有点波动,人眼就能感觉到。同一生产企业生产出的LED平板灯,不同批次的产品不应该存在明显的色差,否则用户在产品出现故障后很难重新买到同样颜色的产品。


标准规定,随机抽取3 个LED平板灯具样品间的光色应一致,三个样品的平均色坐标值CIE 1976(u’v’)的差异不应超过0.004。在光通量维持率试验结束时,LED平板灯具的色度与初始值的偏差应在CIE 1976(u’v’)图中的0.007以内。


在LED平板灯灯具中,常用的颜色有红绿蓝白黄,衡量颜色的单位是nm(纳米),对颜色敏感的人来讲,只要颜色稍微有点波动就可以感觉到。要控制好色差,就必须控制好原材料。为了避免颜色波长不同带来的差异,灯具生产公司应对LED光源进行控制。


如绿色波长525-530nm,相隔5nm,黄色580-585nm,相隔5nm。而红色则可以为620-628nm,相隔8nm,绿色波长相隔5nm 以上就能感觉的到,红色即便是8nm 以内也不会太明显。但从减少色差,避免由于长期使用带来的一些不确定因素,比如颜色漂移,同种颜色波长控制在2nm 内为宜。所以对于颜色指标的控制常重要,因为不同的人对颜色辨别能力不一样。


对于白光,通常是用色温标示,暖白一般为3000-3500K,正白3500-5000K,冷白5000K-6500K。一般封装厂家LED色温相隔500K,也有相隔1000K的,封装厂内部对于色温的误差要求一般是正负200K。所以,应选择颜色稳定的LED光源,生产工艺要严格控制。


检测LED平板灯色差时发现,选择三个不同的平板灯样品进行试验,不同生产厂家的产品色差都不一样,都会有一定的差距,有部分LED平板灯产品色差超过标准要求,经过分析认为主要原因是生产厂家在选取LED光源时未能进行认真有效的筛选,每个LED的光学性能指标一致性不好,导致不同的平板灯具发光颜色不一样,大面积安装时视觉观感差,给人有不舒服的感觉。


要改善这种常见问题,一是要做好供应商评价,选择相对固定的厂商;二是要向LED供货商提出产品一致性要求,确保供货连续性且各种性能指标相对一致稳定;三是企业自身也要加强LED进货检验,剔除色差超出要求的LED,确保生产出的LED平板灯一致性符合要求。


存在问题


目前,LED器件的性能在不断地提高,其应用范围也在日益扩大,LED 灯具的可调光产品也在不断创新之中,应用领域不断拓展。高亮度白光LED光效的不断提高,成就了对侧式LED平板灯的需求,从而也促进了对新型LED平板灯的研究与开发,使得新型侧式LED平板灯不断地涌现出来。


但是,LED平板灯也存在一些问题。


一是灯具,对于侧入式LED平板灯,提高效能低仍是一个急待解决的问题。一方面,要达到高亮度,必须增加芯片数量,提高功率,但节能效果体现不佳,特别是大尺寸的平板灯;另一方面,功率增加,照明器具内LED模块的工作温度也会增加,影响光衰和寿命,因此如何选择高光效的LED光源需要综合考虑,目前商业化的LED发光效率已经超过130 lm/W。


二是光衰不一致性,由于LED平板灯使用的LED数量较多,个体间光衰的不一致性一方面会使亮度下降,另一方面也可能造成LED平板灯的不均匀性机率增大,如果是使用RGB调色LED平板灯,不同颜色的LED光衰也不同,出现不均匀性的可能性更大。让LED在额定功率以下工作,牺牲一定的效率,是一种比较好的解决方法,尽可能延长时间减少光衰。 


三是LED器件的参数离散性,基于LED平板灯亮度显色性的要求,LED 平板灯工作时,在恒压源条件下,各个LED器件的电流应一致,在恒流源工作时,电压应一致,同时各个LED 的亮度和波长也应尽量一致。所以同一LED 平板灯使用的LED 要经过筛选,特别对发光效率、光通量、主波长、色温和压降等指标应在一定误差允许范围内。


四是价格,基于LED应用在平板灯上的一些特殊要求,多个参数要基本一致,使企业对用于LED平板灯的LED器件,生产工艺过程要严格控制、分选,增加了生产企业的制造成本,近期内要全面取代传统格栅灯不具有价格优势。尽管还有上述一些需要解决的技术难题,但可以相信,LED平板灯必将是一个性能不断提高,新品不断创新的领域。

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