LED选用、DIY制作的相关基础简述建议,及水族光源LED与T8/T5灯管/HQI金属卤化灯的...

来源: 鱼友DIY 天涯海角 2013-11-30 07:19:43 只看该作者 |阅读模式
本帖最后由 天涯海角 于 2013-11-30 07:21 编辑 & w6 R3 X% c8 N, T1 O% Z) i
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Ⅰ、重点观念快速解说
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以下三点是常见容易被混淆比较的问题点   【需看下文了解一下仪器的测定意义及LED的参数义意,即可简易了解】; w9 n7 x  z& S( O+ p( x
①、光源参数的比较需注意多为 【相对比较值】,不同(角度/颜色/色温的光源)比较参数是无法准确判断优劣0 v9 j0 j2 k5 F% J# H5 B. Z
②、光源测定仪器:测定亮度的积分球或照度计,主要是针对人眼亮度所定义参数(发光效率) lm/W,不代表(晶片效率)实质光源效率$ q+ p- t% Q7 f) }' S( B5 M) Y
③、光源亮度的测定後单位: 光通量 :LM (流明)、与CD(烛光)、Lux(勒克斯) 这部份参数要比较,要符合相同的(条件值)才成立4 ~- o* e1 P8 p9 j, M% g( V& N
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LED/T8/HQI 光源 共同基础参数说明* [' Q$ Z5 A  [7 Z

- v3 Z6 ~3 h( Q5 V$ W①角度规格: °1 ~; q% N  [9 [8 q
该项参数在LED显的较为重要,角度决定了LED的穿透力及照射范围。T8/T5与HQI则为全向性发光,因此反光罩会决定一半的光效率+ a  `* k$ Z8 A# h/ L2 q

4 T% _3 n, ]8 x$ d②颜色规格: 波长nm、7 L1 q' e/ {* ^. K3 R& t& E1 y
色温 K值会以nm波长值标示的颜色,多为单色光源,一般常见於LED颜色表示。色温K值则为白光(多波长混合光源)的表示方式- e1 Y& }! c/ F4 k/ o3 p% U9 o

4 ^" @/ a# ]6 @9 q- f+ I一般水族光源应用上常见是需求光谱,说明的就是光源波长nm的分布图,这部份的概念会牵涉到後续介绍的灯具应用
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8 l$ l) Z6 s& B* f0 @+ a9 `01、HQI与T8/T5灯管 :因为气体放电式光源多含有全光谱波长(强弱均算),依型式不同会有不同的主要峰波分布; d8 y5 u, |8 ?' {6 m& p! l5 y3 B
02、LED光源:除了白光外,几乎都为窄波光源,仅单一主峰波,半波多为±20nm,因此波长范围小2 P! _$ C  m! Z; y
另外LED的白光部份,(以目前制程主流蓝光晶片+YAG萤光体或是G、R萤光体)的白光,多含有全光谱波长(强弱均算)
3 j4 z8 L$ Q8 y4 T* L2 G8 [  B% ?LED常见各单色、及Cool White、光谱分布图可直接参阅CREE官网,公开的DATASHEET资料
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8 b3 ]2 \, F% M& ~7 U可得知白光,三种白光主要色温的光谱,都有全光谱,的分布,只是强弱值不同,白光的主峰波有2个主要区块
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Ⅱ实际应用概述# g( g6 `; m+ t
先以海水的LPS缸来举例,在光源采用的配置上,其实最主要目的是希望让软体生物能拥有近海洋中生活的光源因此先需确认软体摆置的位置,及原始软体特性,好光或是忌强光,生物特性务必先了解8 \9 I4 W% y0 a3 ~5 `
如原本在海洋中,水深超过15公尺的软体配置上也不建议配置在灯具的强光处,尽量配置较弱光处(非强光直射处)
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, J: s' q; P1 A2 ?2 D5 j2 b- f/ r3 a①、采HQI光源 :
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在给予生物光源部份,能达到较类似太阳光的全光谱供给,对於物种种类较多的LPS 缸有优异的全面补给效果,; s: ~" ]) ~0 c8 s6 L: q) c) r
但因为光能的转换过程会有大量的幅射热量及UVA波段的强光紫外线,因此配置高度不离水面过近,至少架高高度30CM以上为佳,
) E: v: x. a; {9 V% O架设过高会对於光源实际入水的有效光线会减少,另外如就近有配置管线的话(如非矽胶管材)也要包覆保护,避免HQI直射" a4 I; R6 T( |3 y
强烈的UVA波段紫外线会造成塑质加速变质劣化,压克力缸是严禁使用HQI的,时间一久会造成缸的透明度降低,材质强度劣化。" S0 N+ a. H- K
因此HQI使用上拥有单一灯具可达到大范围的光谱优异特性,但务必注意塑质设备的保护+ _" q" C* e+ z! U  b
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②、T8/T5的特殊灯管# b4 [1 V7 ]! v' A5 s# t1 c6 L$ L
实际目前气体放电的光源都可以做到不错的效率值(光能能转换),再加上发展历史较久,已有多样化不同光谱的灯管可选用,' q  M: ?6 y8 m3 w0 S6 |6 m8 p
几乎只要混搭2种不同波段值的灯管,亦能达到全光谱(含强弱值)的效果,在希望让软体显色的光源配置上会是较易入手的,
* q2 K7 B0 M3 R4 N$ y, `但因为全向性发光,因此在反光罩的选择及形状上就会是光利用率的一个选择重点,纯净的反射面,加适合的曲面,可更有效的利用光源" W  o+ P/ c. T
在软体的光源补给上,T8/T5的特殊灯管型式是可以以较平实的价格达到不错的显色效果。亦为气体放电式的灯管,虽不像HQI会有大量的紫外线' R( p5 p4 m0 W+ w
亦要注意鱼缸周围,或是塑化设备的阻光保护, 启动器及整流器的品质优劣会是灯管寿命的重要关键
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③、LED的光源 (此部份牵涉的参数较多,会先做概论说明後,再述制作的搭配建议)
4 P( L3 W3 J$ _* i5 X% ]LED光源概述6 z" C/ W& D& b: X6 h! N+ o
此部份的搭配难度会是最高的,如上描述多数单色光在光谱上都为窄波光源,另外在规格部份的选购及比较部份,
% t' N5 M' K) a; Y1 O, c会较易混淆,所以会做比较完整描述, \# J) a* ?3 }+ k

! m" \! p3 o: i* O& a8 i+ Z先以高功率LED的参数规格做简述 ,常见问题,不少使用者在选择上,不知该如何下手
0 B) j4 E8 l- s& {8 S要选择1/3/5W的LED ? 是不是3WLED就比1W亮 ? 或是白光110流明是不是比蓝光35流明或575mw来的亮 ?
' L3 V. d# S  x( J7 E亦或使用三色晶片的R、G、B LED,就是全光谱 ?
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$ O! `; U. D) K3 i$ [" o, \' f, x1/3/5W LED一般通称指的是 (近似实际消耗功率值),并非亮度值,LED的效率在於光电转换过程,/ @" |! ~# Z5 }7 r* a& {
在同电流条件下LED VF值越低(越能做到更高的转换效率) * A' D9 c7 [! F, J) g+ c* X
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热损耗少,亦可达到较长寿命,因此要选择大功率LED上,可以同颜色的LED去比较流明值,了解一下LED的VF范围,亦可了解该款LED的效率值
5 |+ D7 j5 s. N但如回到一开始的概述内容,不同颜色的LED做流明值去比较优劣是较无意义的
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9 w: q+ L1 F' {  h" E* X$ r: D主要在於LED的亮度感测仪器,如照度计(测Lux或CD)或是积分球(测lm),Sensor的设计一开始就是希望能得到与肉眼感受到强弱值接近的测定方式& m" Z, R/ s8 c& F" C) \
因为与人眼相同对於555nm波长的感受较强烈的,如果有购买照度计的使用者,详看一下说明书,应该会看到 一个CIE photopic curve 的图或表
! t- R; Q9 l" H3 x4 W. ]* q6 I代表的是如果在实际相同的光功率光源下,人眼对555nm的光线,觉得是100%的强度,那对460nm蓝光的话就觉的只有6%的强度! }2 W, P  F% c( A' }- K' }& u
9 n9 I! p: E% W& C
因此,我们在决定使用时,如欲比较规格,仅限於相同波长,或相同颜色的LED,可以比较流明值 (LM流明的测定是不受角度高度及发光角的影响) 因使用积分球测定的关系
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; w( Z! K! c3 I; Z' r【但如要比较"照度值"除了相同波近或相同颜色外,Lux的测定与光源高度及角度有关,所以必需这些条件均相符时,才能测得【相对优劣的比较值】相对比较值概念
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/ X* }5 \# l) ^" p6 [) y【视觉亮度效率(lm/w)的概念在应用於水族时是会误导使用者者在选择LED的款式的,因为对於生物来说大自然的光线或太阳光的强弱并不是以人眼觉亮度感受就能决定比较值的5 y1 F5 f1 @- @( M+ F/ \  a! c0 @
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【部份生物对於偏波段460nm以下、650nm以上 的感觉是很强烈的,但人眼对於此区块的感受并不明显。
- ?% ^8 r" S! s  F' \/ C! |, V6 ]# s另外偏波段的LED款式,在标示亮度上的单位,也并非LM(流明),而是mW。在亮度此处标示的mW指的非LED消耗功率,而是实质的光功率9 i) S% z6 t, q* S# ^5 \* y, G

2 o3 k$ y2 d& ?) |- K5 i3 ~9 F【附带一提,以同瓦数同等级的蓝光及绿光LED,测定流明值,至少会差异近10倍,如果绿光测定为100lm的话,那蓝光测定的部份就只有15m不到
- b: Q  b. L+ x: x8 Q$ o/ V但实质的转换後的光功率则是蓝光>绿光,因为晶片的转换发光效率蓝光是优於绿光的,外部量子效率有近60%,绿光则只有30%不到- w4 X% s* ?! K: K4 \2 d9 F$ H
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" ^0 u/ n4 l/ n; R- b建立光源的基础概念後,对於水族部份,LED的配置该如何进行 ?
0 Q) D" ?# o9 C大功率LED 应用於水族常见效果不佳的致命问题 :
, y2 n" T! s0 W9 t# W$ E1 E6 o$ p9 X. s  I) K! J( |: M. e
①选用三晶片R/G/B的LED是否能达到全光谱供给 :
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如上描述单色的LED光均为窄波特性 主波长±20nm的范围,会造成生物上的光谱供应部份波长会严重缺乏,因为除了R、G、B的主波长外,其它波长 均无,所产生的光源与太阳光的光谱完全背离
# a0 C9 e9 o# h' J2 {% u7 L且在同功率下,能做到的亮度更低,除了光功率较弱外,这部份混色後的色分离情况亦严重,且RGB三晶片的做法会欠缸软体生物所需的近紫外光波段,能接受到的光源是异於太阳光的特性。  t* F- u' C: I+ F5 M. I! b
因此比较不建议客户使用R/G/B三晶片的方式去做为水族光源
: B7 c) h; Y2 Y  ?8 h% {4 D# zPS、少数高阶LED会采用R/G/B萤光体再采UV晶片激发萤光体,这类的制程才有可能达到全光谱高Ra值,极少见的LED
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5 [& A5 f/ e3 a: s
% @: C  \! s+ R! P: T②如果是要做海水鱼缸用的,是否单一主灯即可,或是蓝光是要选择何种波长类型 :
7 M9 }; N# `5 ?: @+ J+ M海水是大滤镜,随着海水的深度,会过滤掉不同波长值,一般多数的软体珊瑚都存在浅海内,水深10公尺内的范围,此范围的海水内不会有UVB或UVC的短波紫外线。5 O1 p2 }8 k: n
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. Q0 k+ P* ~2 @9 g& ]" n但会有UVA及近紫外光及全光谱的波长,近UV波长380-450nm是软体能否漂亮显色的关键,海水缸的生态重点在於软体的显色及近全光谱的补偿
; G! j9 O* ^  R* p  K* Z% m9 \6 Z因此在设计灯具时,会建议设计一组主要观赏用主灯(8 小时的点亮)、补偿全光谱功效用的补光灯(2-3小时的照明)4 Y: v$ l7 I2 z' q; w" w
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主灯设计搭配的LED型式 (观赏及显色用) 每日约8小时的照明$ v: n1 _+ q  P: O) W6 A* Q$ Z
【会建议采取的是全450nm Royal Blue,或 ((450nm Royal Blue+ 65~6700k白光)混合的方式做主观赏灯,主要在於450nm的±20nm半波范围可以有效的显示海水的绽蓝光+ c- @2 Z* p4 k- V" J
另外Royal含偏UV波段可刺激软体内共生藻吸收紫外线及蓝光而发出绿萤光的蛋白,但多数海水缸内因有混养许多软体,生态多样化,除了主灯外,不足波长需由补光灯进行光谱补偿。
6 z; i" B! ^. D) o【但如果选用的蓝光为470nm以上的波长,该类型的蓝光LED呈现的为水蓝色 (或偏蓝色),在±20mm半波范围,会含有过多的偏绿光波长,过多的绿光波长不被软体吸收。
  q7 e; F+ i2 W* M) e0 J4 @且470nm的水蓝光LED,在半波范围内不含近紫外光,会让软体内的共生藻内的萤光蛋白缺乏近UV波长380-450nm,导致显色不佳,甚而有退色情况。
% A  A! {8 w1 G2 c4 ^0 q因此如原灯具是使用470nm的水蓝光LED做主灯,并无其它的深蓝或是气体放电式的灯具,主灯上就需增加少量的400nm波长的UV紫外线LED做光谱补偿
2 I; W2 [5 y" `1 y; H补光灯的照明设计搭配LED型式 (光谱补偿,弥补生物多样性有可能欠缺的光源)
7 M8 Z1 E; ?7 i2 M3 ]9 E+ N" i: U另外除了主灯外,另可以做一组功率约主灯的1/4 的补光用灯具,弥补海水缸内的生物多样性有可能所欠缺的光谱,毕境海水缸内的微生物及生物是较其它淡水鱼缸来的丰富,每种物种所需光谱也均不同
( ?7 }0 m. V3 U; i; @0 M因此会建议除了主灯外,另可做一组补光灯具,可以采用 1W型式的LED做多重搭配为佳。一般会建议可采用暖白+UV紫外线 LED,以3:2的方式制作 (比例不是定值,红光不要过多即可)
8 f& i- z9 G  x+ O  z% D  l% g. o此补光灯也每日开启时间也不宜过久,避免过多的藻类增生,会以暖白光LED (3200~4200K色温做主比例),从上方的暖白光谱图,可了解,该为LED中光谱最丰富的型式,较适合做光谱补偿用途
: S7 p; ~3 V# V+ {" L6 t$ t& @再搭配UV紫外线LED (勿使用到工业级的紫外线LED,低於380nm),对人体不宜,对塑化物质也会有加速劣化的问题,与红光LED(630~660nm为佳)但不宜过多,即可搭配成全光谱的补光灯用途
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LED灯组制作焊接装配基础资讯 (含易犯错误处说明)3 ~8 `) F) n9 [* K
LED灯具购成的基本元件要素: ①LED本体元件、②足够适合的散热器、③恒流模组(定电流驱动器) 以上为必要灯组元件, S) ~# H& d8 |" I4 p+ n
如鱼缸内水深超过2尺半(75CM),就需考量增加二次光学元件,④透镜 45~80度。  : q* J3 d; `" n9 B
以购买必要材料完成後,要进行DIY组装前,为了让装配过程更为顺利,组装的顺序是很重要的
; B* ]% t. Y( F① 【先计算连接距离的电源线长】:先预先将LED摆上散热器上,(勿先固定),主要是要先量测连接线的线长,先计算好线长跟数量进行剪裁
/ ^' ?$ Z/ a. y; G2 u  h6 S② 【LED的铝基板上焊点及连接线,需先镀锡】LED的铝基板,与裁切好的连接线,务必要先镀锡 (上新锡),锡丝部份建议为锡/铅比63/37的有铅焊锡丝,再搭配瞬热式的烙铁即可, 焊锡融点在150-185度间的产品为佳,锡丝可选用0.8MM-1.0MM的规格,含松香量是较适中的,DIY焊接不建议使用无铅焊锡,融点较高。 焊接铝基板的重点是在於时间的控制,建议烙铁可选用日本GOOT TQ-95该款,搭配焊接技巧,单点的焊线时间可控制在1秒内完成,避免对LED过度加温
+ M$ ~( Q8 ]9 q5 |6 x. W; k③【将连接线与LED做连结】: 焊接上注意连接线的裸露焊接的线长不要过长,避免触碰到铝基下缘的金属短路。只要线长焊接完成後,可以以电表切成欧姆档量测一下回路是否有通,即确认没有假焊或是极性反接的情况,即可准备进行下一步的固定) _0 V( _2 y$ _* W' i# A, h
④【将LED与线固定於散热器上】:LED要固定到散热器上前,与散热器间务必确认不能有锡渣或是其它异物,并均匀涂抹散热膏後再进行螺丝锁紧固定,因为散热器与铝基均为铝质,铝质是金属中偏软性的,所以在固定上,只需以2只手指可将螺丝锁紧的程度即可,勿使用到全部的力量,避免造成崩牙或是伤到铝基板。如果是使用导热固定矽胶的产品,均匀涂抹後,以手指轻压铝基两侧面(勿压到LED的Lens部份),轻压10余秒後放开,固化基间勿移动,避免造成固化後,密合不佳。(需静置约20-30分钟为佳),注意在固定下一个LED时,线不要拉扯到刚完成固定的上一个LED
, T4 |% d' t4 D7 M% f【完成全部的配线】:将串联完成的回路,与恒流模组输出端做连节。【注意:LED回路与恒流模组之间不能有任何的开关。也不能将恒流模组先通电後再去触碰LED做测试,务必要确认恒流模组与LED完成回路後,才能通电测试】。恒流模组的输出端内都会有并联滤波电容,如果将恒流模组空载,(此时模组的内部电容会被充电到限制的最高电压),此时再去碰触LED,则会因为电容已充到最高压,而造成LED的击穿损坏,加装开关的原理是相同的。所以配线上如果要装置开关,务必装置在AC与恒流模组之间。不能装配在恒流与LED之间
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善才 2014-4-15 20:32:13 只看该作者
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LIUNING 2014-5-23 01:05:59 来自手机 只看该作者
Led灯的选择跟灯的功率大小有什么区别么,3w和0.06w请看下面图,) E6 E/ _: o  {6 j5 U' V
灯的颜色怎么选择才会使缸更加梦幻?+ c$ x7 j! Q* e
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nklsywxf 2015-1-24 12:13:42 只看该作者
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