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白光照明LED灯温度特性的研究

2017-11-14 11:45:57本网

  光源研究白光照明LED灯温度特性的研究金尚忠张树生中国计量学院光电子技术研究所(310034)侯民贤浙江大学光电信息系(310027)引起蓝光波峰的长移,并随电流的增大而增大;但其对色坐标、色温和显色指数并未引起较大的变化,而发光效率发生下降。主要原因为蓝光波峰的长移导致荧光粉与激发波长的不匹配,引起荧光粉发光效率的下降。这个现象在不同的环境温度下发光也得到证实……

  利用蓝光LED作为基础光源,将蓝光LED发出的一部分蓝光用来激发荧光粉,使荧光粉发出黄光或红光和绿光,另一部分蓝光透射出来,由荧光粉的黄绿色光或红光和绿光与透射的蓝光组成白光,见图(L)。这时对荧光粉有两个要求:一是荧光粉的激发波长与发光二极管的发射波长相匹配,以确保获得高的转换效率,二是要求荧光粉的发光与蓝色LED的发光可以配成白光。只要选好荧光粉,然后调整荧光粉发光和蓝光的比例,就可以很容易地实现白光。

  作为照明光源,它的光色参数有:总光通量!,色品坐标x、y、u、V,色温!C,显色指数a,发光效率".为了分析驱动电流和温度对LED光色参数的影响,我们建立了如所示的LED测试装置,LED放在一个直径180mm的积分球内,积分球放在恒温箱内,LED发的光通过光缆传到SSP3112型LED光谱分析系统上进行测量。

  为驱动LED的方波恒流源,电流在1~1000mA可调,频率1kHz,占空比1/8. 3实验结果和分析白光LED光源的光色特性除了受芯片和荧光粉的影响外,还受到驱动电流和环境温度的影响,表1示出了不同工作电流下荧光粉白光LED的光色参数,其中为白光LED的工作电流;'、(为其色品坐标;a、!c和为其显色指数、相关色温和峰值波长。

  表1不同工作电流下荧光粉白光LED的光色参数可见,荧光粉白光LED的显色指数为80左右,随着工作电流的增大,蓝峰波长稍向长移,显色指数稍有增加,但不明显;工作电流达到560mA的时候,其显色指数不过为83.所以,通过增大白光LED的工作电流来提高其显色指数并不合适。

  实际上,从其发光的相对光谱功率分布为P(!)((C))可看出,它的长波部分比日光小很多,我们给该白色LED灯配以波长为650nm的红色LED来补充,给出白色LED工作电流为25mA、红色LED工作电流为10mA时的光谱图,组合LED的显色指数可以达到93.提高荧光粉的红光能量将是最佳的方法。

  对红、绿、蓝三基色LED组合发的白光,调节红、绿、蓝的工作电流可以获得一定的显色指数,甚至也能达到90.但是这种方法电流的调节复杂,一致性较差。所以,作为照明用的LED光源应选用荧光粉类白光LED.表2示出了白色LED发光效率与工作电流的关系,表3给出的是红、绿、蓝三基色LED组合白光发光效率的变化。可见,荧光粉类白光LED的发光效率要高于三基色组合白光LED光源。

  表2白色LED发光效率与工作电流的关系表3红7绿7蓝LED发光效率与电流的关系表4给出了白色LED与红色LED组合的情况;从表2、表4可见,白色LED的发光效率随电流的增大而减小,这是因为电流增加导致蓝光波峰的长移,使荧光粉与激发波长的匹配效率下降。所以减小LED工作电流可以提高其发光效率,但要达到同样光通量所需LED数量增加,成本上升。随着功率的增加,光通量也增加,但存在一个极大值,所对应的电流为20mA左右,从节省LED数量出发,对恒流驱动的LED灯,可选用(40 ~50)mA的电流。

  7红色LED发光效率与电流的关系综上所述,我们选用100个白色LED和20个红色LED组成照明光源,每个LED电流为40mA,测得其总光通量为307lm,发光效率为19.88lm/W,显色指数为91.将这个LED灯放在恒温箱中测量。结果示于表5,可见温度升高,发光效率下降,当温度大于50:时,色温偏高,显色指数变劣。主要由于温度升高,蓝光波峰长移,荧光粉波峰变平坦而劣化。

  表5温度对LED灯参数的影响4结论作为照明用的白光LED光源,应选用荧光粉类LED,其光色特性除了受芯片和荧光粉的影响外,还受到驱动电流和环境温度的影响,LED的驱动电流以20mA左右为宜,温度小于50:时具有较好的发光效率。而显色指数要通过增加红色成分来改善。为了达到实用化,靠改变LED白光照明光源的使用条件来提高光色性能还不成熟;依赖技术的改进、材料和器件工艺水平的发展才能提高白光LED的光色特性。

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