白光LED基礎(chǔ)知識(shí)

1、白光LED基礎(chǔ)知識(shí)1.LED發(fā)光原理1.1用藍(lán)色LED激勵(lì)黃色熒光粉。即將黃色熒光粉敷涂在藍(lán)色LED表面，藍(lán)色LED本身光通量并不高，但在激勵(lì)黃色熒光粉后產(chǎn)生的白光光通量是原藍(lán)光光通量的8倍。這種工藝是目前制造白光LED的主要方法。1.2將紅、綠、藍(lán)三種LED集成在一起，通過調(diào)整其發(fā)光比例產(chǎn)生白光（即三基色遠(yuǎn)離），一般比例為紅：綠：藍(lán)=3：6：1。這種方式造價(jià)高，不適合于商品化發(fā)展。2.LED分類2.1LED按照功率區(qū)分，可以分為大功率和小功率。0.5W以下一般稱為小功率，0.5W以上稱為大功率。3.LED內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.1大功率LED除兩個(gè)電極外，都還自帶有專門的散熱結(jié)構(gòu)和外部連接，用于提高散熱

2、效果。而小功率LED由于體積及成本原因，幾乎都沒有專門的散熱結(jié)構(gòu)，僅靠?jī)蓚€(gè)電極和外部連接，散熱能力差。因此大功率燈具都應(yīng)選擇大功率LED，而小功率燈具（如LED燈泡、LED燈管）在對(duì)燈具散熱進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)后，可以采用小功率LED。以下為最普通的一種大功率LED結(jié)構(gòu)圖。a)大功率LED的一種結(jié)構(gòu)c)內(nèi)部結(jié)構(gòu)說明以下為philips lumileds公司Rebel型大功率LED結(jié)構(gòu)圖 4.白光LED基本技術(shù)指標(biāo)4.1 光通量光通量是指單位時(shí)間內(nèi)光源發(fā)出的光能總和。光通量的單位為“流明”，符號(hào)為lm，光通量通常用來表示。光通量越大，說明光源發(fā)出的光越多，按照通俗的理解，可以認(rèn)為該光源亮度越高。光源的光

3、通量可以通過積分球和光度計(jì)測(cè)量。 4.2 色溫色溫是表示光源光色的尺度，單位為K。當(dāng)某一光源所發(fā)出的光的光譜分布與不反光、不透光完全吸收光的黑體在某一溫度時(shí)輻射出的光譜分布相同時(shí)，我們就把絕對(duì)黑體的溫度稱之為這一光源的色溫。一些常用光源的色溫為： 鎢絲燈為2760-2900K；熒光燈為3000K；中午陽光為5400K； 藍(lán)天為12000-18000K；高壓鈉燈為2000-2500K。LED光源可以通過改變熒光粉的配比來控制色溫輸出，一般范圍為2000K-10000K。人對(duì)不同色溫的光源感官反應(yīng)也不同，一般按色溫可將光源分為三種：3300K溫暖（帶紅的白色）暖白光30005000K中間（白色）正

4、白光5000K清涼型（帶藍(lán)的白色）冷白光比如，家庭多使用暖白光，而辦公環(huán)境多使用正白光或冷白光。色溫可以通過光譜分析儀測(cè)量。 4.3 顯色指數(shù)和顯色性光源照射到物體后反應(yīng)物體本身顏色的能力稱為顯色性，顯色性高低用顯色指數(shù)來表示。顯色指數(shù)的符號(hào)為Ra，最大為100（自然光），顯色指數(shù)越高，說明光源的顯色性越好。常見光源的顯色指數(shù)如下：白熾燈 97 日光色熒光燈 80-94 白色熒光燈 75-85 暖白色熒光燈 80-90 鹵鎢燈 95-99 高壓汞燈 22-51 高壓鈉燈 20-30 金屬鹵化物燈 60-65 LED燈 65-90顯色指數(shù)可以通過光譜分析儀測(cè)量。 4.4 正向電壓LED的本質(zhì)就是

5、二極管，它的電壓即指二極管的管壓降，用Vf表示，單位為V。為了得到更高的光效，在同樣光通量（亮度）前提下，LED的電壓越低越好。一般白色、純綠色、藍(lán)色LED的電壓為3V左右，紅色、黃色LED的電壓為2V左右。 4.5 電流電流指流過LED電流。但應(yīng)區(qū)分兩個(gè)概念：LED最大驅(qū)動(dòng)電流和實(shí)際驅(qū)動(dòng)電流。實(shí)際應(yīng)用中，LED的驅(qū)動(dòng)電流絕對(duì)不允許超過最大驅(qū)動(dòng)電流，否則可能損壞LED或?qū)е铝炼瓤焖偎p。LED屬于電流型器件：電流越大，光通量越高（即亮度越高）；電流越小，光通量越低（即亮度越低）。但提高電流會(huì)導(dǎo)致功率上升，發(fā)熱量增加，光效降低，影響LED的壽命。 4.6 光效光效指在消耗單位功率條件下輸出的光通

6、量。光效可以分為光源光效和整燈光效。單位都是lm/w（流明每瓦）。光源光效指單個(gè)光源在消耗單位功率條件下輸出的光通量。整燈光效指整個(gè)燈具在消耗單位功率條件下輸出的光通量。 光源光效從上式可以看出，只要測(cè)試出光源光通量及光源電壓和光源電流即可計(jì)算出光源光效。光源光通量可以通過小型積分球測(cè)量，光源電壓和光源電流可以通過精密電源測(cè)量。注意：光源光效應(yīng)注明測(cè)試電流，在不同測(cè)試電流情況下，測(cè)得的光效是不同的，因?yàn)長(zhǎng)ED的光通量輸出雖然會(huì)隨著電流的增加而增加，但不是線性增加。下圖為某型號(hào)LED驅(qū)動(dòng)電流和光通量輸出曲線（縱軸數(shù)字為光通量輸出的比例）。 整燈光效整燈光效指在將LED裝配到燈具內(nèi)部后，對(duì)整個(gè)燈具

7、進(jìn)行的測(cè)試。從上式可以看出，只要測(cè)試出燈具的整燈光通量及整燈功率即可計(jì)算出整燈光效。整燈光通量可以通過大型積分球或分布式光度計(jì)測(cè)量，整燈功率可以通過綜合電量表測(cè)量。對(duì)比以上兩個(gè)公式可以發(fā)現(xiàn)，整燈光效要明顯小于光源光效 。因?yàn)椋?LED光源被裝配到燈具內(nèi)部后，會(huì)在透鏡、面板部分產(chǎn)生透光損失和反射損失，導(dǎo)致最終燈具光通量下降。光損的多少可以用燈具效率來表示： LED燈具的功率除了光源部分功率之外，驅(qū)動(dòng)電源自身還需要消耗一部分能量。電源自耗功率的多少可以用電源效率來標(biāo)識(shí)： 4.7 LED各參數(shù)之間的關(guān)系 色溫劃分以下為三原色圖，中心橢圓區(qū)域?yàn)榘坠鈪^(qū)，白光區(qū)內(nèi)越接近左下角色溫越高，白光區(qū)內(nèi)越接近右上角

8、色溫越低。在白光內(nèi)，可以劃分為多個(gè)區(qū)域，ABC的色溫相同，都是6500K-8500K；DEF的色溫相同，都是4500K-6500K；GHI的色溫相同，都是2500K-4500K。 色溫和顯色指數(shù)色溫和顯色指數(shù)沒有直接關(guān)系。例如，色溫分別為2700K和3400K的LED，顯色指數(shù)都可以達(dá)到85以上。 色溫和光通量同型號(hào)LED（指芯片和工藝相同），色溫降低，光通量也隨之降低；色溫提高，光通量也隨之提高。因此在早期制造燈具的過程中，由于LED本身的光通量并不高，所以通常選擇高色溫的LED。 色溫混合可以將高色溫LED和低色溫LED混合使用，這樣燈具的色溫會(huì)表現(xiàn)為中間色溫。例如：將2700K的LED和

9、5000K的LED混合使用，燈具的色溫應(yīng)介于2700K和5000K之間。 顯色指數(shù)混合可以將高顯色性LED和低顯色性LED混合使用，這樣燈具的顯色性會(huì)在兩者之間。例如：將Ra=65的LED和Ra=85的LED混合使用，燈具的顯色指數(shù)應(yīng)介于65和85之間。5.LED使用過程中的注意事項(xiàng)5.1 嚴(yán)禁用手或其他物品按壓所有LED的透鏡表面均嚴(yán)禁用手或其他物品按壓，否則會(huì)導(dǎo)致LED損壞。從前面介紹的大功率LED內(nèi)部結(jié)構(gòu)部分我們了解到，LED芯片和外接電極之間大多采用金線焊接，金線及金線末端的焊接部分僅能承受約10g力，因此外部很小的壓力就會(huì)導(dǎo)致金線或金線末端的焊接部分?jǐn)嗔眩瑥亩斐蒐ED損壞。5.2

10、防止化學(xué)品沾污所有LED嚴(yán)禁化學(xué)品沾污。燈具生產(chǎn)過程中使用的酒精、助焊劑、各種膠水、抹字水等化學(xué)品都具有很強(qiáng)的氧化性，會(huì)對(duì)LED內(nèi)的熒光粉、芯片產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕，導(dǎo)致LED損壞。5.3 回流焊控制所有LED僅能過1次回流焊，重復(fù)焊接會(huì)嚴(yán)重?fù)p傷LED，因此在對(duì)LED進(jìn)行回流焊操作前必須確認(rèn)以下內(nèi)容：5.3.1 溫度曲線符合LED器件的要求，新的LED器件首次回流焊前必須和LED廠家確認(rèn)溫度曲線。5.3.2 LED器件符合潮濕敏感度標(biāo)準(zhǔn)要求，達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)按生產(chǎn)廠家要求進(jìn)行烘烤后再焊接。5.3.4 LED進(jìn)入回流焊設(shè)備前應(yīng)確保進(jìn)行了必要的檢查，以防止LED貼裝不良。6.LED串聯(lián)及并聯(lián)分組對(duì)比LED燈

11、具的光源部分一般都是由多顆LED組成，這些LED在電氣連接上可能是串聯(lián)，也可能是并聯(lián)，實(shí)際使用中以串聯(lián)為主。6.1串聯(lián)連接 如上圖所示，一組LED采用串聯(lián)方式，由電源提供恒定電流驅(qū)動(dòng)。串聯(lián)方式能夠保證回路中所有LED電流一致，但在串聯(lián)回路中LED數(shù)量較多時(shí)，需要電源輸出較高電壓，同時(shí)，串聯(lián)回路存在一只LED開路導(dǎo)致整個(gè)回路失效（整個(gè)回路不亮）的風(fēng)險(xiǎn)。 LED失效會(huì)產(chǎn)生兩種后果：開路或短路。開路會(huì)造成整個(gè)串聯(lián)回路中所有LED熄滅；而短路則不會(huì)影響串聯(lián)回路中其他LED正常工作。大量實(shí)踐證明，LED失效基本上為短路，開路現(xiàn)象極少，因此串聯(lián)使用是安全的。6.2并聯(lián)連接如上圖所示，多只LED采用先串聯(lián)后

12、并聯(lián)的方式由電源驅(qū)動(dòng)。在驅(qū)動(dòng)相同數(shù)量LED時(shí)，并聯(lián)方式不需要電源輸出很高電壓。例如：某盞燈具總共有60只LED，若每只LED的電壓為3V，則串聯(lián)方式電源輸出電壓至少為180V；而采用3路并聯(lián)后，電源輸出電壓僅需要60V。并聯(lián)方式中，電源輸出的電流I恒定，每條并聯(lián)支路的電流分別為i1、i2、i3，在理想情況下（每條支路上所有LED的電壓和相等），i1=i2=i3=1/3I，也就是說，在并聯(lián)方式下，電源輸出的總電流應(yīng)根據(jù)分支路數(shù)的多少成倍增加。應(yīng)特別注意：并聯(lián)方式存在比較明顯的隱患，如上圖，實(shí)際上有一點(diǎn)非常關(guān)鍵，i1、i2、i3并不一等相等。由于LED的電壓存在離散性，我們無法保證每條支路路上LED的總電壓一致，但是并聯(lián)電路的原理決定了每條支路的電壓必須一致，這樣就