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白光照明LED燈溫度特性的研究

放大字體  縮小字體 發布日期:2017-11-14  來源:中國LED照明網  瀏覽次數:1658

  光源研究白光照明LED燈溫度特性的研究金尚忠張樹生中國計量學院光電子技術研究所(310034)侯民賢浙江大學光電信息系(310027)引起藍光波峰的長移,并隨電流的增大而增大;但其對色坐標、色溫和顯色指數并未引起較大的變化,而發光效率發生下降。主要原因為藍光波峰的長移導致熒光粉與激發波長的不匹配,引起熒光粉發光效率的下降。這個現象在不同的環境溫度下發光也得到證實……

  利用藍光LED作為基礎光源,將藍光LED發出的一部分藍光用來激發熒光粉,使熒光粉發出黃光或紅光和綠光,另一部分藍光透射出來,由熒光粉的黃綠色光或紅光和綠光與透射的藍光組成白光,見圖(L)。這時對熒光粉有兩個要求:一是熒光粉的激發波長與發光二極管的發射波長相匹配,以確保獲得高的轉換效率,二是要求熒光粉的發光與藍色LED的發光可以配成白光。只要選好熒光粉,然后調整熒光粉發光和藍光的比例,就可以很容易地實現白光。

  作為照明光源,它的光色參數有:總光通量!,色品坐標x、y、u、V,色溫!C,顯色指數a,發光效率".為了分析驅動電流和溫度對LED光色參數的影響,我們建立了如所示的LED測試裝置,LED放在一個直徑180mm的積分球內,積分球放在恒溫箱內,LED發的光通過光纜傳到SSP3112型LED光譜分析系統上進行測量。

  為驅動LED的方波恒流源,電流在1~1000mA可調,頻率1kHz,占空比1/8. 3實驗結果和分析白光LED光源的光色特性除了受芯片和熒光粉的影響外,還受到驅動電流和環境溫度的影響,表1示出了不同工作電流下熒光粉白光LED的光色參數,其中為白光LED的工作電流;'、(為其色品坐標;a、!c和為其顯色指數、相關色溫和峰值波長。

  表1不同工作電流下熒光粉白光LED的光色參數可見,熒光粉白光LED的顯色指數為80左右,隨著工作電流的增大,藍峰波長稍向長移,顯色指數稍有增加,但不明顯;工作電流達到560mA的時候,其顯色指數不過為83.所以,通過增大白光LED的工作電流來提高其顯色指數并不合適。

  實際上,從其發光的相對光譜功率分布為P(!)((C))可看出,它的長波部分比日光小很多,我們給該白色LED燈配以波長為650nm的紅色LED來補充,給出白色LED工作電流為25mA、紅色LED工作電流為10mA時的光譜圖,組合LED的顯色指數可以達到93.提高熒光粉的紅光能量將是最佳的方法。

  對紅、綠、藍三基色LED組合發的白光,調節紅、綠、藍的工作電流可以獲得一定的顯色指數,甚至也能達到90.但是這種方法電流的調節復雜,一致性較差。所以,作為照明用的LED光源應選用熒光粉類白光LED.表2示出了白色LED發光效率與工作電流的關系,表3給出的是紅、綠、藍三基色LED組合白光發光效率的變化。可見,熒光粉類白光LED的發光效率要高于三基色組合白光LED光源。

  表2白色LED發光效率與工作電流的關系表3紅7綠7藍LED發光效率與電流的關系表4給出了白色LED與紅色LED組合的情況;從表2、表4可見,白色LED的發光效率隨電流的增大而減小,這是因為電流增加導致藍光波峰的長移,使熒光粉與激發波長的匹配效率下降。所以減小LED工作電流可以提高其發光效率,但要達到同樣光通量所需LED數量增加,成本上升。隨著功率的增加,光通量也增加,但存在一個極大值,所對應的電流為20mA左右,從節省LED數量出發,對恒流驅動的LED燈,可選用(40 ~50)mA的電流。

  7紅色LED發光效率與電流的關系綜上所述,我們選用100個白色LED和20個紅色LED組成照明光源,每個LED電流為40mA,測得其總光通量為307lm,發光效率為19.88lm/W,顯色指數為91.將這個LED燈放在恒溫箱中測量。結果示于表5,可見溫度升高,發光效率下降,當溫度大于50:時,色溫偏高,顯色指數變劣。主要由于溫度升高,藍光波峰長移,熒光粉波峰變平坦而劣化。

  表5溫度對LED燈參數的影響4結論作為照明用的白光LED光源,應選用熒光粉類LED,其光色特性除了受芯片和熒光粉的影響外,還受到驅動電流和環境溫度的影響,LED的驅動電流以20mA左右為宜,溫度小于50:時具有較好的發光效率。而顯色指數要通過增加紅色成分來改善。為了達到實用化,靠改變LED白光照明光源的使用條件來提高光色性能還不成熟;依賴技術的改進、材料和器件工藝水平的發展才能提高白光LED的光色特性。

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