【正文】 國際照明委員會(huì)研究推薦了 V（ λ ）曲線。中色溫區(qū)的最大流明效率會(huì)比較高，而高色溫區(qū)和低色溫區(qū)的最大流明效率會(huì)比較低。對(duì)于理想平面漫反射光源，若光源面積為 S，向上空發(fā)射的光通量為 φ ，則有光強(qiáng) I=φ/2π （因?yàn)橄蛏习l(fā)射，所以只有 2π ）： L=I/S=φ/2π數(shù)值越低，表示芯片中的熱量傳導(dǎo)到支架或鋁基板上就越快。這種儀器的工作原理是，利用半導(dǎo)體器件在恒定電流下 LED的 正向電壓與溫度具有很好的線性關(guān)系（測(cè)試布線圖參見 下 圖）?？蓪⑹剑?1）和式（ 2）改寫為式（ 3）： Rt h =ΔVF/K按作者做過的實(shí)驗(yàn)，上述方式會(huì)對(duì) LED產(chǎn)生一定的影響。若工作 10 小時(shí)內(nèi)無 “ 死燈 ” 現(xiàn)象出現(xiàn)，說明失效率較好，即失效率為 0。即使 LED 器件的壽命很長(zhǎng)，如果用于燈具系統(tǒng)，但這個(gè)燈具設(shè)計(jì)的散熱系統(tǒng)和出光系統(tǒng)不是很理想，則 LED 器件的壽命也不會(huì)長(zhǎng)。 白光 LED 自上個(gè)世紀(jì) 60年代，經(jīng)過近 ３０年的發(fā)展，現(xiàn)在大家十分熟悉的 LED，已能發(fā)出紅、橙、黃、綠、藍(lán)等多種色光。上述兩種模式的白光，都需要藍(lán)色光，所以 攝取藍(lán)色光已成為制造白光的關(guān)鍵技術(shù)，即當(dāng)前各大 LED制造公司追逐的“藍(lán)光技術(shù)”。 b、 紫外光 LED芯片 激發(fā)熒光粉發(fā)出三基色合成白光。在 “ 藍(lán)光 LED+綠色熒光粉 +紅色熒光粉 ” 的方法中，綠色熒光粉的效率基本上能滿足要求，但紅色熒光粉的效率需要有較大提高。為了兼顧出光效率和顯色指數(shù)，三種 LED 芯片發(fā)出的光的主波長(zhǎng)和發(fā)光強(qiáng)度需要進(jìn)行優(yōu)化組合。 RGB三基色的混合 綜上所述 ，如何在較短傳播距離內(nèi)高效地混光，是封裝高質(zhì)量三基色白光 LED的關(guān)鍵所在。對(duì)驅(qū)動(dòng)器的主要要求如下： ? 為滿足便攜式產(chǎn)品的低電壓供電，驅(qū)動(dòng)器應(yīng)有升降壓功能，以滿足 1~3節(jié)充電電池或 1節(jié)鋰離子電池供電的要求，并要求工作到電池 終止放電電壓為止。 ? 對(duì) 其他電路的干擾影響小。由于 LED 的光子發(fā)射源于電子、空穴對(duì)的復(fù)合，故其發(fā)射速率以及 發(fā)光強(qiáng)度均與 LED 的正向電流成比例。 MAX1916和 LX1190是兩種較為常見的恒流源集成電路。 LTC3200 的反饋閾值電壓則可由 “ 引 腳編程 ” 方式設(shè)定為 200mV、 400mV 或 600mV(第四種編程組態(tài)為 “ 關(guān)斷 ”) ，若以 PWM 信號(hào)令其間歇進(jìn)入關(guān)斷狀態(tài)，便可平滑調(diào)節(jié)白光 LED 的亮 度而不致產(chǎn)生明顯的 “ 色偏 ” ?？梢杂米靼坠?LED驅(qū)動(dòng)器的電源變換器件包括不少種類，其中應(yīng)以電壓輸出型電荷泵電路最為簡(jiǎn)單。但因白光LED 的 “ 色溫 ” 也與工作電流直接有關(guān)，這類控制方案會(huì)使 光源在整個(gè)亮度調(diào)節(jié)范圍內(nèi)的顏色一致性變得很差，故而僅能用于按鈕照明之類對(duì)于顏色保真度要求很低的場(chǎng)合。 、 驅(qū)動(dòng)器的分類 、 從供電電壓的高低分類 ? 由電池供電 由電池供電 電壓一般低于 5V，主要用于便攜式電子產(chǎn)品，驅(qū)動(dòng)小功率及中功率白光 LED，它主要采用升壓式 DC/DC 變換器或升壓式（或升降壓式）電荷泵變換器，少數(shù)采用 LDO 電路的驅(qū)動(dòng)器； ? 大于 5V供電 大于 5V供電 ， 如 6V、 9V、 12V、 24V（或更高），由穩(wěn)壓電源 或蓄電池供電，它主要用降壓式可升降壓式 DC/DC變換器； ? 直接由市電 直接由市電（ 110V或 220V）或相應(yīng)的高壓直流電（如 40~400V）供電，主要用于驅(qū)動(dòng) 大功率白光 LED，采用降壓式 DC/DC變換器驅(qū)動(dòng)電路。目前高的可達(dá) 80%~90%，一般可達(dá)到 60%~80%。采用這種結(jié)構(gòu)后，三種光基本集中在一個(gè)區(qū)域進(jìn)行混光，所以在 制作三基色合成白光 LED時(shí)，應(yīng)該在熱沉上和模粒上實(shí)現(xiàn)一些特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而使三種基色光能在集中的區(qū)域混合產(chǎn)生有效的白光。 （ 2） 對(duì)于三種 LED 紅、綠、藍(lán)芯片的發(fā)光強(qiáng)度的比例，一般選擇為 3（紅）： 6（綠）： 1（藍(lán)），但是要考慮到不同芯片光衰不一樣；而且當(dāng)點(diǎn)亮發(fā) 熱后，三基色光的主波長(zhǎng)漂移也不同。最近，在紅色熒光粉方面已經(jīng)取得了一 些進(jìn)展，但發(fā)光效率較高的熒光粉主要是硫化物體系，其穩(wěn)定性能差。 缺點(diǎn)：目前， LED芯片效率較低，有紫外光泄漏問題，熒光粉溫度穩(wěn)定性問題有待解決。 、 白光 LED 實(shí)現(xiàn)方法 目前， LED實(shí)現(xiàn)白光的方法主要有 兩 種： ? 通過 LED紅綠藍(lán)的三基色多芯片組和發(fā)光合成白光。 高亮度 LED 食人魚 LED 大功率 LED 眾所周知，可見光光譜的波 長(zhǎng)范圍為 380nm～ 760nm，是人眼可感受到的七色光 —— 紅、 橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫，但這七種顏色的光都各自是一種單色光。由于時(shí)間和化學(xué)作用，會(huì)使封裝膠的透光性變差。按理論計(jì)算可達(dá)10 萬小時(shí)以上。總而言之，LED在工作時(shí)，最好將它的 pn結(jié)溫度保持在 100℃ 以下。然后開關(guān)切換到 “2” ，給被測(cè) LED注入恒定電流 IH，使其結(jié)溫升高。熱阻是沿?zé)崃魍ǖ郎系臏囟炔钆c通道上耗散的功率之比，對(duì)于 LED來說，熱阻一般是指從 LED芯征 pn 結(jié)到熱沉上的熱阻，熱阻計(jì)算公式可表示為 Rt h =( TjTx)/P (2) 式中， Tj 為施加大小為 P 的加熱功率脈沖后測(cè)得的 LED結(jié)溫； Tx 為熱沉鋁基板上的溫度。 ? 影響熱阻的因素 怎樣才能降低 LED的熱阻呢？熱阻的大小與以下因素有關(guān)： 與 LED芯片本身的結(jié)構(gòu)與材料有關(guān)。 ? 半強(qiáng)角度 : 半強(qiáng)角度即以前所說的半值角，就是光源中心法線方向向四周張開，中心光強(qiáng) I到周圍的 I/2之間的夾角，即為半強(qiáng)角度 ，如 下 圖所示。 提高白光 LED 的光效，應(yīng)考慮選用 LED 輻射的光波長(zhǎng)和 YAG 熒光粉的光譜，當(dāng)前 YAG熒光粉有 λp =530nm 、 540nm、 550nm、 560nm、 570nm，并且?guī)捯膊灰粯印? ? 光通量 φ 光通量是按人眼的光感覺來度量光的輻射功率，即輻射光功率能夠被人眼視覺系統(tǒng)所感受到的那部分 有 效當(dāng)量 （可見譜段） 。 某一光源的相關(guān)色溫的求法是：在 CIE1960UCS色品圖中，代表該光源顏色的坐標(biāo)點(diǎn)向黑體白軌做垂線，與白軌相交 點(diǎn)的黑體的色溫即為該光源的相關(guān)色溫。 光源發(fā)光的顏色可用色溫 Tc表示。色純度通俗地說是指出射光的色坐標(biāo)靠近 CIE1931 色品圖上光譜軌跡的程度，靠得越近則純度越高。設(shè) F點(diǎn)為某一光源在色品圖中的坐標(biāo)， E點(diǎn)為理想等能量白光的參考光源點(diǎn)，在 色品圖標(biāo)中為 (， )。因此，顏色不僅取決于光刺激，而且取決于人眼的視覺特性。藍(lán)色光子的能量大于激發(fā)出黃色光子能量，藍(lán)色光子轉(zhuǎn)換成黃色光子輻射出來，同樣也造成了能量損失。 每個(gè)電子渡越 pn 結(jié)耗能一定大于發(fā)射那個(gè)光子所具有的能量。 LED工作于脈沖狀態(tài)時(shí)，可通過調(diào)節(jié)脈寬來實(shí)現(xiàn)亮度調(diào)節(jié)，例如 LED顯示屏就是 利用這個(gè)手段來調(diào)節(jié)亮度的。如上面所說，隨著發(fā)光二極管性能的提高，反向漏電流會(huì)越來越小，但大功率 LED芯片尚未明確規(guī)定。這個(gè)反向電流通常很小，一般在幾 μA 之內(nèi)。發(fā)光二極管具有與一般半導(dǎo)體三極管相似 的輸入伏安特性曲線。當(dāng)活性層的厚度減小到與德布羅意（ de Broglie）波長(zhǎng)相近時(shí)，量子力學(xué)現(xiàn)象出現(xiàn)，這些薄的活性層就是量子阱，量子阱的數(shù)目可以是一個(gè)到數(shù)十個(gè)，量子阱的帶隙是不連續(xù)的 （ Discrete），也是分離的。當(dāng)正向偏壓 (Forward Bias)加在 pn 結(jié)時(shí)，多余的載流子（ Carrier）會(huì)經(jīng)過 耗盡至而滲透至對(duì)方。圖 3(a)及 (b)是一般AlGaInP紅光 LED產(chǎn)生光的原理，而圖 3(c)則是 AlGaInN的藍(lán)光及綠光 LED 產(chǎn)生光的原理。由圖可知，這些材料的發(fā)光范圍由紅光到紫外線，目前紅光的材料主要有 AlGaInP，而藍(lán)綠光及紫外線的主要材料則有 AlGaInN。或更大，散射劑的量較大。 從發(fā)光強(qiáng)度角 分布圖來分有三類： ? 高指向性 一般為尖頭環(huán)氧封裝，或是帶金屬反射腔封裝，且不加散射劑。 LED 分類 、按發(fā)光管發(fā)光顏色分 按發(fā)光管發(fā)光顏色分，可分成紅色、橙色、綠色（又細(xì)分黃綠、標(biāo)準(zhǔn)綠和純綠）、藍(lán)光等。但這兩種半導(dǎo)體連接起來的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè)“ PN 結(jié)”。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是 P 型半導(dǎo)體，在它里面空穴 占主導(dǎo)地位，另一端是 N 型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。 當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)（即兩端加上正向電壓），電流從 LED陽極流向陰極時(shí)，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。 由半值角大小可以估計(jì)圓形發(fā)光強(qiáng)度角分布情況?！?90176。圖 1示出的是 Ⅲ Ⅴ 及 Ⅱ Ⅵ 族元素的帶隙（ Bandgap）與晶格常數(shù)（ Lattice Constant）的關(guān)系。圖 3（ a）是帶間復(fù)合，圖 3(b)是自由激子 (Exciton)相互抵消，圖 3(c)是在能帶勢(shì)能波動(dòng) 區(qū)域低勢(shì)能區(qū)局部束縛激子的再復(fù)合。 n型半導(dǎo)體中產(chǎn)生電子， p型半導(dǎo)體中產(chǎn)生空穴，在其中間產(chǎn)生耗盡層（ Depletion Layer）。 目前， LED的活性層也采用了半導(dǎo)體激光器所用的量子 阱 (Quantum Well)結(jié)構(gòu)，圖 8所示是量子阱能帶圖。 LED 指標(biāo) 、 LED的電學(xué)指標(biāo) 、 LED 的電流 電壓特性圖 下 圖所示為 LED工作的電流 電壓（ IV）特性圖。 OC段：反向死區(qū) 發(fā)光二極管加反向電壓是不發(fā)光的（不工作），但有反向電流。 反向漏電流 IR： 按 LED以前的常規(guī)規(guī)定，指反向電壓在 5V時(shí)的反向漏電流。最大允許正向脈沖電流 IFP： 一般是由占空比與脈沖重復(fù)頻率來確定。由于 pn結(jié)中有雜質(zhì)、晶格缺陷等因素，每個(gè)電子渡越 pn結(jié)與空穴復(fù)合時(shí)，并不是都能激發(fā)產(chǎn)生出一個(gè)光子，即內(nèi)量子效率不可能達(dá)到 100%。減少了光子數(shù)將造成能量損失。顏色感覺是光輻射源或被物體反射的光輻射作用于人眼的結(jié)果。 ? 主波長(zhǎng) λd ：如圖 2 所示為色品圖，圖中 AB為黑體軌跡。如果某一光源在色品圖中 F點(diǎn)的坐標(biāo)越靠近 G點(diǎn)，那么 EF和 EG的 長(zhǎng)度就越接近相等， Pe 越 接近 1，色純度就越高。色表就是人眼直接觀察光源時(shí)所看到的顏色感覺；光源的光照射到物體上所產(chǎn)生的客觀效果，即光源使被照有色物體的顏色再次顯現(xiàn)出來的能力，稱為光源的顯色性。F 以上的溫度就稱為蠟燭光的色溫。當(dāng) λp=555nm 時(shí)， V（ λ ）為最大值；而當(dāng) λp=460nm 時(shí)， V（ λ ） =；當(dāng) λp=660nm 時(shí)， V（ λ ） =。所以對(duì)于不同的色溫，其流明效率會(huì)不一樣。S （ 5） ? 照度 E 光源的照度 E（單位為勒克斯， 1x； 1 1x=1 1m/m2）即 光源照到某一物體表面上的光通量 dφ 與該表面積 dS之商，表示為 : E=φ/S （ 6） 對(duì)于點(diǎn)光源，若在某一方向上光強(qiáng)為 I，則距離 r處的照度為 E=I/r2 (7) 照度與光源距離的平方成反比。這有利于降低芯片中的 pn結(jié)的溫度，從而延長(zhǎng) LED的壽命。輸入電壓隨溫度的變化關(guān)系可近似為下列公式： VT j=VT o +K(TjTo) (1) 式中， VT j、 VT o分別是 Tj和 To時(shí)的輸入電壓； K是熱敏溫度系數(shù)，它與芯片襯底材料、芯片結(jié)構(gòu)、封裝結(jié)構(gòu)、發(fā)光波長(zhǎng)等都有關(guān)系。P （ 3） 如 上 圖所示，首先轉(zhuǎn)換開關(guān)置于 “1” ，則被測(cè) LED注入恒定電流 IM，測(cè)得其正向電壓 VF1。 一般情況下， LED 的工作溫度是 30℃ ~+80℃ ，但工作溫度與熱阻有關(guān)系。 、 壽命 LED器件在正常工作條件下，半光衰時(shí)間越長(zhǎng)，說明 LED的壽命越長(zhǎng)。 、 其他指標(biāo) LED是靠環(huán)氧樹脂等膠封裝起來的。然而照明需用的白色光 LED 僅在近年才發(fā)展起來，現(xiàn)在介紹有關(guān)白光 LED。目前國際上掌握“藍(lán)光技術(shù)”的廠商僅有少數(shù)幾家，比如日本的日亞化 學(xué)、日本的豐田合成、美國的 CREE、德國的歐司朗等，所以白光 LED 的推廣應(yīng)用，尤其是高亮度白光 LED 在我國的推廣還有一個(gè)過程。 優(yōu)點(diǎn)：顯色性好、制備簡(jiǎn)單。在 “ 紫外或紫外光 LED+RGB熒光粉 ” 的方法中，三種熒光粉的效率都需要有較大的提高，其中紅色熒光粉的效率最低。根據(jù)所用的模式和材料多做幾次實(shí)驗(yàn)，可得到最佳效果。只有通過特殊的封裝設(shè)計(jì)，才能解決這個(gè)問題，如圖 2所示。 ? 驅(qū)動(dòng)器應(yīng)有高的功率轉(zhuǎn)換效率，以提高電池的壽命或兩次充電之間的時(shí)間間隔。 ? 使用方便，價(jià)位低。為此，可控恒流源應(yīng)是實(shí)現(xiàn)亮度控制最簡(jiǎn)單的方案。 ? 電荷泵 白光 LED的正向壓降可以高達(dá) 4V，但是目前的大量手持電子設(shè)備多以單一鋰電池供電，此時(shí)已經(jīng)無法再由設(shè)備電源直接驅(qū)動(dòng)白光 LED而必須借助于各類電源變 換器件。 LTC3200 的工作頻率