白光LED基础知识

白光LED基础知识

1.LED发光原理

1.1用蓝色LED激励黄色荧光粉。即将黄色荧光粉敷涂在蓝色LED表面，蓝色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。这种工艺是目前制造白光LED的主要方法。

1.2将红、绿、蓝三种LED集成在一起，通过调整其发光比例产生白光（即三基色远离），一般比例为红：绿：蓝=3：6：1。这种方式造价高，不适合于商品化发展。

2.LED分类

2.1LED按照功率区分，可以分为大功率和小功率。0.5W以下一般称为小功率，0.5W以上称为大功率。

3.LED内部结构

3.1大功率LED除两个电极外，都还自带有专门的散热结构和外部连接，用于提高散热效果。而小功率LED由于体积及成本原因，几乎都没有专门的散热结构，仅靠两个电极和外部连接，散热能力差。因此大功率灯具都应选择大功率LED，而小功率灯具（如LED灯泡、LED灯管）在对灯具散热进行优化设计后，可以采用小功率LED。

以下为最普通的一种大功率LED结构图。

a)大功率LED的一种结构

c)内部结构说明

以下为philips lumileds公司Rebel型大功率LED结构图

4.白光LED基本技术指标

4.1 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lm，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。光源的光通量可以通过积分球和光度计测量。

色温是表示光源光色的尺度，单位为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。

一些常用光源的色温为：钨丝灯为2760-2900K；荧光灯为3000K；中午阳光为5400K；蓝天为12000-18000K；高压钠灯为2000-2500K。

LED光源可以通过改变荧光粉的配比来控制色温输出，一般范围为2000K-10000K。

人对不同色温的光源感官反应也不同，一般按色温可将光源分为三种：

比如，家庭多使用暖白光，而办公环境多使用正白光或冷白光。色温可以通过光谱分析仪测量。

4.3 显色指数和显色性

光源照射到物体后反应物体本身颜色的能力称为显色性，显色性高低用显色指数来表示。显色指数的符号为Ra，最大为100（自然光），显色指数越高，说明光源的显色性越好。常见光源的显色指数如下：

白炽灯97

日光色荧光灯80-94

白色荧光灯75-85

暖白色荧光灯80-90

卤钨灯95-99

高压汞灯22-51

高压钠灯20-30

金属卤化物灯60-65

LED灯65-90

显色指数可以通过光谱分析仪测量。

4.4 正向电压

LED的本质就是二极管，它的电压即指二极管的管压降，用Vf表示，单位为V。为了得到更高的光效，在同样光通量（亮度）前提下，LED的电压越低越好。一般白色、纯绿色、蓝色LED的电压为3V左右，红色、黄色LED的电压为2V左右。

电流指流过LED电流。但应区分两个概念：LED最大驱动电流和实际驱动电流。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。

4.6 光效

光效指在消耗单位功率条件下输出的光通量。光效可以分为光源光效和整灯光效。单位都是lm/w（流明每瓦）。光源光效指单个光源在消耗单位功率条件下输出的光通量。整灯光效指整个灯具在消耗单位功率条件下输出的光通量。

4.6.1 光源光效

从上式可以看出，只要测试出光源光通量及光源电压和光源电流即可计算出光源光效。光源光通量可以通过小型积分球测量，光源电压和光源电流可以通过精密电源测量。

注意：光源光效应注明测试电流，在不同测试电流情况下，测得的光效是不同的，因为LED的光通量输出虽然会随着电流的增加而增加，但不是线性增加。下图为某型号LED驱动电流和光通量输出曲线（纵轴数字为光通量输出的比例）。

4.6.2 整灯光效

整灯光效指在将LED装配到灯具内部后，对整个灯具进行的测试。

从上式可以看出，只要测试出灯具的整灯光通量及整灯功率即可计算出整灯光效。整灯光通量可以通过大型积分球或分布式光度计测量，整灯功率可以通过综合电量表测量。对比以上两个公式可以发现，整灯光效要明显小于光源光效。因为：

★ LED光源被装配到灯具内部后，会在透镜、面板部分产生透光损失和反射损失，导致最终灯具光通量下降。

光损的多少可以用灯具效率来表示：

★ LED灯具的功率除了光源部分功率之外，驱动电源自身还需要消耗一部分能量。

电源自耗功率的多少可以用电源效率来标识：

4.7 LED各参数之间的关系

4.7.1 色温划分

以下为三原色图，中心椭圆区域为白光区，白光区内越接近左下角色温越高，白光区内越接近右上角色温越低。在白光内，可以划分为多个区域，ABC的色温相同，都是6500K-8500K；DEF的色温相同，都是4500K-6500K；GHI的色温相同，都是2500K-4500K。

4.7.2 色温和显色指数

色温和显色指数没有直接关系。例如，色温分别为2700K和3400K的LED，显色指数都可以达到85以上。

4.7.3 色温和光通量

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。因此在早期制造灯具的过程中，由于LED本身的光通量并不高，所以通常选择高色温的LED。

4.7.4 色温混合

可以将高色温LED和低色温LED混合使用，这样灯具的色温会表现为中间色温。例如：将2700K的LED和5000K的LED混合使用，灯具的色温应介于2700K和5000K之间。

4.7.6 显色指数混合