用情怀做出一盏好灯

TOYONIA东洋照明 · 2018-03-12

如今的LED行业,正在被速度与效率不停洗脑的时代中慢慢沉沦,与高新科技渐行渐远,价格竞争似乎逐渐成为营销的主要诉求,与低价格相随,低性能、低品质已无时无处不在影响着每一个LED人。

我深信,每一个LED人,虽身处浮华,但内心深处,一定有一个梦想,一定有一种情怀,那就是做出一盏好灯。

一、一盏好灯,有极致的灯体设计;

现今,LED灯具将朝两个方向发展,一个方向体现在外在结构上,亦可以说“形”,就是“见光不见灯”;另一个方向体现在内在性能控制上,亦可以说“神”,就是智能化(此文暂略)。

“见光不见灯”是一个较理想化的概念,现实中大部分灯具无法做到真正的隐形。在实际操作中,“见光不见灯”通常采用以下三种实现方式。

黑光;采用深防眩光学及灯体设计,尽可能降低灯具UGR值,在灯具工作时,不在灯具正下方感觉不到灯的存在。

溶合;通过定制方式,将灯具外观结构设计与室内结构及装修风格溶为一体,接近“见光不见灯”效果不会太抢眼。

隐藏;采用凹槽等类似结构将灯具完全或大部分灯体隐藏,使大部分灯体隐藏,使灯具(含导轨射灯)不在凸显于天花外,达到“见光不见灯”效果。

就射灯而言,追求“见光不见灯”的效果时,无论采用黑光、溶合还是隐藏结构,都无法回避一个核心要求,那就是灯具体积越来越小,从射灯普遍使用的COB光源尺寸变化亦可以验证此发展历程,以30W COB光源为例,其发光面(LES)从最初的 φ27mm,到φ23mm,到φ17mm,到φ14mm,到φ10mm。

如果说“见光不见灯”是灯具发展的趋势,那么把灯具体积做小,把结构做精致就是顺势而为,大势所趋。

LED射灯灯体主要由LED光源,光学器件,散热器件三大部体组成,要想把灯具体积做小,就必须实现光学器件小尺寸化及散热器件小型化。

(一)如何缩小光学器件尺寸;

在维持灯具照射效果(照度,光束角)不变的前提下,可以通过选择高密度(小发光面)COB光源来缩小光学器件尺寸。发光面越小的COB光源流明密度越高,越有利于二次光学对光束的控制。以光束角15D的30W射灯为例,当选用φ17mm发光面COB光源时,需要口径φ75mm的透镜来实现,若选用φ10mm发光面COB光源时,就只需要用φ50mm的透镜,同样实现了15D光束角。

小发光面密集光束的输出,有利于控光,有助提升光通量有效比,减少光的漫射损失。如图示。

在同等尺寸光学器件下,小发光面可以实现更小的光束角,更高的中心照度。例如LES 10mm用φ75mm透镜可实现10 D光束角,2m中心照度Lux比LESφ17mm高出80%。

小发光面高密度COB光源,热源集中,在使用中要充分考虑热的快速导出,尽量降低光源到散热器件末端的热阻。

(二)如何缩小散热器件体积;

热学是一门专业课,有复杂精确的计算公式,在此化繁为简,就用通俗的语言来分析。

LED灯具散热器件散热途径主要是辐射与对流。增加散热面积和加快辐射与对流速度,都有助于提升灯具散热效率。在散热效果不变前提下,缩小散热体积,意味着减少了辐射散热的面积,意味着要提升辐射与对流散热效率。

提升辐射散热和对流散热效率最直接有效的方式就是加大散热器件与环境间的温差。

就辐射散热而言,热能以电磁波方式发射出去,被能量低的物体吸收。它散热的速率与被吸收物体的距离、大小、颜色相关,更主要的还是取决于两物体的热能差,亦可简单理解为温差。温差越大,散热速率越高。假定环境一致,散热器自身温度越高其辐射散出的热量就越多。

就对流散热而言,是通过热体表面空气流动,冷热空气不断循环,将热能传递到大气中。对流散热的效率取决于空气流动速度及冷空气初始温度。散热器表面的空气流动是因空气密度、压力变化而实现。散热器表面与环境温度相差愈大,空气密度变化愈明显,流动速度愈快。假设环境一致,散热器自身温度越高,其对流散发的热量就越多。

从以上两段分析可以得出,提高散热器自身温度,加大与环境的温度,可显著提升散热效率,通过这种方式可以实现散热器体积小型化。在光源类灯具(如Par灯、GU10、MR16等)以及模组上,散热器件体积受限,为了实现更大功率,将散热器表面温度提高到90℃以上,正是此项基础技术的实际应用。

想采用这种方式的灯具,其重点是选用高温承载能力强,高可靠性的COB光源。散热器90℃,意味COB光源基板温度(TC)接近100℃,长期在如此高温下还能保持性能稳定,对COB光源要求较高,相对而言,无金线封装结构的COB在可靠性方面更占优势。

综上所述,选择高密度小发光面的COB光源可以缩小光学器件尺寸;选择高温承载能力强的COB光源可以减小散热器件体积。两者相结合,可以实现灯具体积小型化,对优化灯体造型,设计出更具特色的灯具结构,更好迎合“见光不见灯”趋势有着重要意义。

在此温馨提示;高密度COB光源热量集中,需要更好的散热,这种情况下还要缩小散热体积,这将对COB光源稳定性提出了苛刻要求,能满足这种使用要求的COB光源品牌并不多。

二、一盏好灯,有纯美的光色;

LED照明与传统灯具相比,除了节能,另一个大的突破就是光色可控。

我个人认为,所有不同颜色、花色的物体,用灯光照射时,都会有与它对应的呈现最佳效果的独有光色,这个独有光色,将溶入商品的构成,实现相应的商品价值。找到这种光色,就可以将灯光价值最大化,灯具价值最大化。

这个呈现被照物体最佳效果的独有光色,并不是人为去渲染,让被照物体色彩更浓厚更鲜艳的光色。与之相反,能如实现反映出被照物真实色彩,自然纯美而不失真的光色,才是灯具设计的灵魂。也就是纯美光色的“纯”--清纯、干净、舒适。不失真,“真”就是人们在自然光下,长期对某种颜色物体的视觉认知而形成的记忆。

人的视觉形成是由光的反射和折射实现的,物体的不同色彩都是光通过物体表面时,经过不同程度滤光后再反射到人的视网膜形成的。不同色谱的灯光,会改变人对物体颜色的感知。我们追求还原物体本色,除显色指数外,还需要选择出不会对物体有渲染的光色。

在实际应用中,我们无法做到每种物体一种光色,但通过对应用分类,均衡,找出最大公约数的光色,还是有必要的。灯具要实现这一点,就必须要有相对应光色的COB光源。

COB光源各制造厂家依据各自分BIN(色区)方式,一般会提供黑体现上、下、左、右一定数量的不同光色备选。为了控制产品集中及通用性,大部分COB品牌分BIN(色区)数量不会太多,也有一些对专业针对商业照明应用的COB品牌,提供了丰富全面的色区,如在3000K色温有多达50多种不同光色可选,这是非常难得的。还有另外一种模式就是找COB光源厂家定制光色,这也是可行的,但光色标准、交期、价格、BIN区大小等因素需考量。

三、一盏好灯,有稳定的性能;

灯具有稳定的性能,从另一个角度看就是灯具在长期使用时,不容易失效。灯具失效主要表现在光源电路开路、流明维持率降低、色温漂移三个方面。(驱动电源失效暂不在此讨论)

光源电路开路;

光源的基板线路、金线、芯片线路之间的电连接断开会导致光源出现闪烁,直至熄灭(死灯)。相对而言,金线断开是目前正装COB失效(死灯)的主要原因。

正装COB光源在生产和使用过程中,金线焊线工艺缺陷或光源受到外力损伤,在长期高低温冲击下,缺陷点被放大,最终形成开路。

建议选择品牌光源,规范使用,确保散热足够。当然,选择无金线封装结构的COB光源可彻底解除此担忧。

流明维持率大幅降低;

流明维持率降低,就是通常讲的光衰,主要原因是COB光源工作时长期高温,导致芯片出光效率、荧光粉激发效率、胶的透光性、基板反射率不断降低,且不可恢复,形成光衰。

光衰除了与应用温度相关还与光源生产使用物料及工艺有较大关联。

采用沉降粉胶工艺,形成粉胶分层,荧光粉热量可以通过基板导出,显著降低粉胶工作温度,有助实现高的流明维持率。经测试,采用沉降工艺,COB胶面温度比非沉降工艺低20度以上。

选用高温稳定性好的粉胶材料,导热系数更高的PCB基板,对稳定流明维持率也是非常关键的。

色温漂移;

色温漂移是指灯具在工作一般时间后,灯具光色产生了不可恢复的变化,光色坐标有了偏移,简称色漂。大都会由低色温向高色温漂移,如原来3000K色温,慢慢变成3500K。

目前,许多COB产品仍采用非沉降粉胶工艺,往往会添加防沉淀剂类的有机物,在长期高温下,逐步分解,形成色漂。

COB光源生产时使用稳定性太差的物料,及异常高温也都会导致出现色漂。

四、一盏好灯,有最佳的光色一致性;

灯有了好的性能,且稳定可靠,是一盏好灯,但仅仅是一盏而已,实际上设计经典的灯具都会大批、长期的应用。此时,同批一致性及异批一致性就成了衡量灯具品质重要标准。

在此,只聊聊光色的一致性,灯具光色一致性取决于光学及光源一致性,主要光源。

COB光源在生产过程中,受限于芯片波长误差、荧光粉颗粒大小及位置的偏差,以及环境细微的变化,导致每一个产品光色坐标无法完全重叠,产品量产会形成一个色区。对光色一致性有要求的封装企业,会将这一色区进行更细的光色分区,也就是分BIN区。此时,分光标准(BIN区范围大小)决定了此BIN区的产品光色一致性的程度。

目前,大多以麦克亚当椭圆(MacAdam)来定义BIN区大小。通常在2~3 Step椭圆范围内,人的肉眼基本不会看出色差。很多封装企业,为了提高落BIN率,减少产品BIN区,以降低隐形成本。这样就不可避免出现一致性下降。但也有部分品牌光源,严格以同BIN无色差作为分光标准,为高要求灯具应用提供最佳一致性光色的产品,这是值得尊敬的执着。

LED人,就应该做出一盏好灯,有颜值——结构精致,有内涵——性能出众,有担当——稳定可靠,以向自己内心深处的情怀致敬。

做一盏好灯,从选择一颗优秀的COB光源开始……