2 白光LED的合成及特性參數(shù)
8' +I8J0l 2.1 白光LED合成方式
O4,? C)
根據(jù)黑體輻射原理制成的白熾燈，由于色溫不能太高，大部分能量變成了紅外輻射，這部分對(duì)照明沒(méi)有貢獻(xiàn)，使發(fā)光效率降低。不同色光合成白光有不同的合成，可以是兩種，三種或者更多種色光合成白光，顏色種類用的多的話，它的像素就高，但是流明效率降低，這與對(duì)合成白光的質(zhì)量要求有關(guān)。白光LED的合成途徑大體上有2條路可以走，第一條是RGB，也就是紅光LED+綠光LED+藍(lán)光LED，LED走RGB合成白光的這種辦法主要的問(wèn)題是綠光的轉(zhuǎn)換效率底，現(xiàn)在紅綠藍(lán)LED轉(zhuǎn)換效率分別達(dá)到30%，10%和25%，白光流明效率可以達(dá)到60lm/w。通過(guò)進(jìn)一步提高藍(lán)綠光LED的流明效率，則白光流明效率可達(dá)到200lm/w。由于合成白光所要求的色溫和顯色指數(shù)不同，對(duì)合成白光的各色LED流明效率有不同的。第二條路是LED+不同色光熒光粉：第一個(gè)方法是用紫外或紫光LED+RGB熒光粉來(lái)合成LED，這種工作原理和日光燈是類似的，但是比日光燈的性能要優(yōu)越，其中紫光LED的轉(zhuǎn)換系數(shù)可達(dá)80%，各色熒光粉的量子轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到90%，還有一個(gè)辦法是用藍(lán)光LED+紅綠熒光粉，藍(lán)光LED效率60%，熒光粉效率70%；還有是藍(lán)光LED+黃色熒光粉來(lái)構(gòu)成白光。
aX35^K / 兩種途徑相比較之下，RGB三色LED合成白光綜合性能好，在高顯色指數(shù)下，流明效率有可能高到200lm/w，要解決的主要技術(shù)難題是提高綠光LED的電光轉(zhuǎn)換效率，目前只有13%左右，同時(shí)成本高。
7]8apei| 為了適應(yīng)工廠化的生產(chǎn)，本文所采取的白光LED合成方式是藍(lán)色LED+黃色熒光粉，因?yàn)樗且粭l綜合性能適中，成本低，容易實(shí)現(xiàn)的途徑。這種合成方式的工藝是將藍(lán)光LED芯片安裝在碗形反射腔中，上面覆蓋約500-600nm 厚度的YAG的樹脂薄層[23]；合成原理是GaN芯片發(fā)藍(lán)光（λp=465nm），高溫?zé)Y(jié)制成的含Ce3+的YAG熒光粉受此藍(lán)光激發(fā)后發(fā)出峰值波長(zhǎng)是550nm的黃色光。剩下的那部分藍(lán)光與熒光粉發(fā)出的黃光混合，可以得到得白光。現(xiàn)在，對(duì)于InGaN/YAG白光LED，通過(guò)改變 YAG熒光粉的化學(xué)組成和調(diào)節(jié)熒光粉層的厚度，可以獲得色溫3500-10000K 的各色白光。
Br"K{ g? 2.2 白光LED的特性參數(shù)
7 9ZYRm2; 從目前的LED產(chǎn)品的機(jī)理和結(jié)構(gòu)來(lái)看，以下幾個(gè)方面是用來(lái)衡量LED優(yōu)劣的特性參數(shù)[24-26]。
_(:bGI'.m (1)電流/電壓參數(shù)（正、反向）
J|dj`Z ? LED的電性能具有典型的PN結(jié)伏安特性，不同的電流直接影響LED的發(fā)光亮度和PN結(jié)的結(jié)溫。在照明應(yīng)用中,為了獲得大功率的LED燈，往往將許多個(gè)發(fā)光二極管通過(guò)一定的串并聯(lián)方式組合在一起，相關(guān)的各個(gè)LED的特性必須匹配，在交流工作狀態(tài)還必須考慮其反向電特性，因此必須測(cè)試它們?cè)诠ぷ鼽c(diǎn)上的正向電流和正向壓降，以及反向漏電流和反向擊穿電壓等參數(shù)。
);V.le}% ( (2)光通量和輻射通量
Yf x'7gj 發(fā)光二極管單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的總電磁能量稱為輻射通量，也就是光功率(W)。對(duì)于照明用LED光源，我們更關(guān)心的是照明的視覺(jué)效果，即光源發(fā)射的輻射通量中能引起人眼感知的那部分當(dāng)量，稱作為光通量ΦV(1m)。
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]s~ 輻射通量與器件的電功率之比表示LED的輻射效率；光通量與器件的電功率之比表示LED的發(fā)光效率，單位lm/W。由于LED是定向出射光，如果從照明效果來(lái)評(píng)價(jià)，其照明性能更明顯。LED的出射光到達(dá)工作面的有效光通量與總光通量之比表示為L(zhǎng)ED的光利用系數(shù)。顯然照明用LED的光利用系數(shù)比普通各向發(fā)光的照明光源要高一些。
P64< O 5l/ (3)光強(qiáng)和發(fā)光角
o1u? H 4z 無(wú)論是應(yīng)用于顯示或照明工程的LED，其光強(qiáng)及其空間分布都是十分重要的參數(shù)。LED燈的定向發(fā)光特性，對(duì)于某些局部或定向照明往往會(huì)達(dá)到非常好的照明效果。LED的發(fā)光強(qiáng)度指在給定方向上單位立體角內(nèi)所發(fā)射的光通量：
&+8cI^ kp I= dΦ/dΩ（cd） （2-1）
')j@O O3 光強(qiáng)分布曲線如圖1所示，是表示LED發(fā)光在空間各方向的分布狀態(tài)。在照明應(yīng)用中計(jì)算工作面的照度均勻性和LED燈的空間布置，光強(qiáng)分布是最基本的數(shù)據(jù)。對(duì)于空間光束為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱型分布的LED，用一個(gè)過(guò)光束軸平面上的曲線表示即可。對(duì)光束為橢圓形分布的LED，則用過(guò)光束軸及橢圓形長(zhǎng)短軸的兩個(gè)垂直平面上的曲線來(lái)表示。對(duì)于非對(duì)稱的復(fù)雜圖形，一般用過(guò)光束軸的六個(gè)以上截面的平面曲線來(lái)表示。
Q E*`#r#e 發(fā)光角（或光束角）通常用半強(qiáng)度角θ1/2表示，即在光強(qiáng)分布圖中光強(qiáng)大于等于峰值光強(qiáng)1/2時(shí)所包含的光束角度。
<0H^2ekd (4)光譜功率分布
Na_O :\x# LED的光譜功率分布表示輻射功率隨波長(zhǎng)的變化函數(shù)，它既確定了發(fā)光的顏色，也確定了它的光通量以及它的顯色指數(shù)。通常用相對(duì)光譜功率分布S(λ)表示，光譜功率沿峰值兩邊下降到其值的50％時(shí)，所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)波長(zhǎng)之差Δλ＝λ2-λ1，即為光譜帶。
g}*F"k 4j (5)色品坐標(biāo)
7.C~ OrGR 選三原色紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)。
ykG^(.E X=R/(R+G+B)，Y=G/(R+G+B)，Z=B/(R+G+B) （2-2）
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