(1)光谱特性
白光LED发出的光的光谱曲线包括蓝光和黄光区域的峰值,如下左图所示,其中实线为白光LED发出的光的光谱曲线,第一个峰值所对应的波长约为460nm,对应的彩色为蓝色:第二个峰值所对应的波长约为580nm,对应的彩色为黄色,人眼所看到的是蓝光与黄光混和色,会被认为是白光。图中虚线是人眼对光敏感性曲线。
在白光LED中,由于其内部蓝光LED的色彩会随着正向电流的变化而改变,如下右图所示,这样白光LED也就会产生色彩偏移。因此,在对色彩要求非常高的场合,如液晶屏的白光LED背光系统中,其驱动就应采用恒流驱动,以保证白色的纯正。
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(2)色温
色温是表示光源光色的尺度,单位为K(开尔文,符号为K)。当某一光源所发出的光的光谱分布与不反光、不透光完全吸收光的黑体在某一温度时辐射出的光谱分布相同时,我们就把绝对黑体的温度称之为这一光源的色温。
一些常见光源的色温如下:钨丝灯为2760K~2900K,荧光灯为3000K,中午阳光为5400K,蓝天为12000K~18000K,高压钠灯为2000K~2500K。
人对不同色温的光源感官反应也不相同,一般按色温可将光源分为暖白光、正白光和冷白光三种。其中,暖白光是指带红的白色,给人温暖的感觉,其色温小于3300K;正白光是指白色比较纯正,其色温为3300K~5000K;冷白光是指带蓝的白色,给人清凉的感觉,其色温大于5000K。一般来说,家庭多使用暖白光,而办公环境多使用正白光或冷白光。
白光LED可以通过改变荧光粉的配比来控制色温输出,色温范围为2000K~10000K。可以将高色温白光LED和低色温白光LED混合使用,这样白光LED灯组的色温会表现为中间色温,例如:将2700K的白光LED和5000K的白光LED混合使用,灯组的色温就介于2700K和5000K之间。
(3)光通量
光通量是指单位时间内光源发出的光能总和。光通量的单位为“流明”,符号为Im,光通量通常用φ来表示。光通量越大,说明光源发出的光越多,按照通俗的理解,可以认为该光源亮度越高。
同型号LED(指芯片和工艺相同),色温降低,光通量也随之降低;色温提高,光通量也随之提高。由于LED本身的光通量并不高,因此在制造高亮度的白光LED灯组时,通常选择高色温的白光LED。
(4)正向电压与电流
白光LED的制造商或批次不同,其正向电压与电流也不完全相同,常见的白光LED的正向电压范围约为2.8V~3.8V。
值得一提的是,当白光LED-旦导通后,若正向电压微小变化,则会导致正向电流大幅变化。一款LED液晶彩电中的LED灯条,笔者对一个单元的LED(内部由两颗LED并联)进行了测试,其实测数据见上表。一款用于白光LED照明灯中的LED灯条,笔者对单颗LED进行了测试,其实测数据见下表。
电流通常是指流过LED的正向电流(或驱动电流),但应区分两个概念:LED最大驱动电流和实际驱动电流。在实际应用中,LED的驱动电流绝对不允许超过最大驱动电流,否则可能损坏LED或导致亮度快速衰减。LED属于电流型器件:电流越大,光通量越高(即亮度越高);电流越小,光通量越低(即亮度越低)。但提高电流会导致功率上升,发热量增加,光效降低,影响LED的寿命。
(5)使用寿命
影响LED寿命的因素主要有两个:一是自身的光衰时间,二是外部的驱动电路。
此处重点分析LED的光衰现象。
光衰是发光效率衰减(即电能转化为光能的效率下降)的简称,其快慢与LED芯片的质量、封装技术及工艺有关。通常,将LED发光强度衰减到初始强度70%的时间(即光衰时间)定义为LED使用寿命。对于常用的白光LED而言,其光衰包含两方面:
一是蓝光LED本身的光衰,蓝光LED的光衰远比红光、黄光、绿光LED要快;二是外层黄色荧光粉的光衰,该荧光粉在高温下的衰减十分严重。
大量实验表明:白光LED的光衰快慢受LED内部PN结温度(简称为结温)影响非常明显,结温越高,光衰越快。一款白光LED的光衰曲线如下图所示,结温为95℃时,亮度降至初始亮度70%的时间约一万小时,75℃时约为两万小时,55℃时约为五万小时,35℃时增至近十万小时。
综上所述,若要延长LED的使用寿命,除选用高效的恒流驱动电路外,最为行之有效的办法是降低结温。降低结温的关键就是要安装性能较好的散热器,以便及时地把LED芯片产生的热散发出去,降低其自身的工作温度。
目前,普通白光LED的使用寿命已超过十万小时,大功率LED射灯的使用寿命约为一万至五万小时(约是普通卤素射灯的10~50倍)。随着LED技术的不断发展,白光LED的使用寿命还会不断增长。
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