三、白光LED
    由于白光并不是单一波长的光，而是几种波长光按一定的比例混合所得。因此，制造白光LED的难度就高于上述单色LED。早期的白光LED的制作方法是将红、绿、蓝三种LED集成在一起，通过调整其发光强度比例产生白光，通常该比例为红：绿：蓝＝3:6:1。这种方式主要存在以下两大缺点：一是对三基色LED及混合比例要求较高，一旦某一基色LED出现色差，必然会导致白色不纯净；二是对混合产生的白光的亮度调节困难。由于这种方式制造成本高，不适合于商品化发展，现已基本不用。
    目前，制造白光LED的主要方法是用蓝光LED激励黄色荧光粉，即将黄色荧光粉敷涂在蓝光LED表面，如图5所示。虽然蓝光LED本身光通量并不高，但在激励黄色荧光粉后产生的白光光通量是原蓝光光通量的8倍。

    1.LED功率
    LED功率有实际功率与额定功率之分，所谓实际功率是指LED两端的电压与实际流过电流的乘积；额定功率是指LED的额定电压与额定电流的乘积。例如：一盏白光LED台灯，采用了24颗小型白光LED并联。这种型号的LED的额定电压为3.3V，额定电流为20mA，则该台灯的额定功率＝3.3×0.02×24=1.584（W）；实测得该台灯中LED两端的电压为3.11V，总电流为372mA，则该台灯的实际功率＝3.11×0.372=1.157（W）。
    就常见的白光LED而言，按额定功率大小可分为大功率和小功率两大类，额定功率不大于0.5W的称为小功率，额定功率大于0.5W的称为大功率。
    小功率者封装直径有3mm、5mm、8mm、10mm多种规格，如图6所示，其功率为0.066W（额定电压为3.3V，额定电流为20mA）。还有一类小功率白光LED采用多芯片封装，如图7所示，其功率有0.3W（额定电压为3.75V，额定电流为80mA）与0.5W（额定电压为3.33V，额定电流为150mA）两大类。

    常见的大功率白光LED多采用多芯片封装，其功率主要有1W（额定电压为2.86V，额定电流为350mA）与3W（额定电压为4.28V，额定电流为700mA）两大类。
    从外形上看，大功率LED除有两个电极外，还自带有专门的散热结构和外部连接金属片，如图8所示，以提高散热效果。而小功率LED由于体积及成本原因，大都无专门的散热结构，仅靠两个电极和外部连接，散热能力较差。

    提示：LED的驱动电流越大，其内部PN结温度就越高，过高的温度对LED是非常不利的。因此，在实际使用中，LED的实际工作电流不能超过其额定电流，并尽可能保持恒流驱动，同时保证其散热效果良好。否则，LED温度会过高，这样不仅会大大缩短LED寿命，还会导致LED的发光效率下降（即自身功耗增加），并导致其发光色温变差。
    2．主要参数
   （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，如图9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460mm，对应的彩色为蓝色；第二个峰值所对应的波长约为580mm，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，如图10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。

   （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1m，光通量通常用中来表示。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一旦导通后，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灯条如图11所示，笔者对一个单元的LED（内部由两颗LED并联）进行了测试，其实测数据见表1。一款用于白光LED照明灯中的LED灯条如图12所示，笔者对单颗LED进行了测试，其实测数据见表2。







    说明：当LED的正向电压为3V时，流过LED中的电流近30mA，此时LED已很亮。这之后再增加LED两端的电压，虽流过LED的电流大幅变化，但LED的发光亮度增加不明显。

    电流通常是指流过LED的正向电梳（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的光衰曲线如图13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。

    知识链接：光的颜色和波长
    光的颜色以及是否可以看见是由它的波长决定的。光的波长是以纳米（十亿分之一米）为单位。由于发光二极管（LED）发出的光波长非常稳定，所以它能发出颜色非常纯净的光光的颜色和它的波长的对应关系如表中所列。

上一页  [1] [2]