【正文】 強(qiáng)，非輻射現(xiàn)象增加，藍(lán)光轉(zhuǎn)換成黃光的效率下降。 、 LED的光學(xué)指標(biāo) 人眼對自然界光的感知有兩個(gè)方面：一是光的顏色，二是光 的輻射強(qiáng)度。 光的顏色的三種表示法 ： 國際照明委員會(huì)色品圖表示法 光的顏色鮮艷度 色溫或相關(guān)色溫 下面將逐一對其進(jìn)行介紹。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。關(guān)于顏色的測理和標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該符合人眼的觀測結(jié)果。 CIE于 1931 年在 RGB系統(tǒng)的基礎(chǔ)上采用設(shè)想的三原色 X、 Y、 Z（分別代表紅色、綠色和藍(lán)色），建立了 CIE1931 色品圖，如圖 1 所示。 CIE1931色品圖 、 光的顏色鮮艷度 光的顏色鮮艷度必須用光的主波長 λd 和色純度來表示。 ? 主波長 λd ：如圖 2 所示為色品圖，圖中 AB為黑體軌跡。由 E點(diǎn)連接 F點(diǎn)并延伸交于 G點(diǎn)，則 G點(diǎn)對應(yīng)的單色波長即稱為 F點(diǎn)光源的主波長 λd 。它是一種純粹的物理量，一般應(yīng)用于波形比較對稱的單色光的檢測。一般應(yīng)用于配光曲線法向方向附近凹進(jìn)去的、質(zhì)量不好的單色管的檢測。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 長度就越接近相等， Pe 越 接近 1，色純度就越高。所 以，若色坐標(biāo)位于光譜軌道上，則色純度為 100%；反之，等能的白光純度則為 0%。 ? 半寬度：光譜發(fā)光強(qiáng)度或輻射功率最大處的一半的寬度（ FWHM），簡稱 “ 帶寬 ” 。 主波長示意圖 、 色溫或相關(guān)色溫 白光在照明領(lǐng)域的使用，一般用色溫或相關(guān)色溫表示（有時(shí)也用色坐標(biāo)表示）。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。當(dāng)光源所發(fā)射的光的顏色與黑體在某一溫度下輻射的顏色相同時(shí)，黑體的這個(gè)溫度就稱為光源的顏色溫度，簡稱色溫。因此分布溫度一定是色溫，如白熾燈、鹵鎢燈發(fā)出光的顏色可用色溫表示； 但對于氣體放電光源，其光譜能量分布很少與黑體的相似，所以這些光源的分布溫度僅能稱為相關(guān)色溫。F （華氏度 1176。F 以上的溫度就稱為蠟燭光的色溫。一般情況下，人們把高色溫稱為冷色調(diào)，把低色溫叫做暖色調(diào)。人眼對于λp=555nm 的綠光的靈敏度最高，對該值兩邊波長的靈敏度越來越低。例如在 下 圖的相對視敏函數(shù)曲線中，對于 850nm、 880nm、 940nm處的線外線，人眼根本看不到。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 ） =。表征的符號(hào)為 φ ，國際通用的光通量單位為流明（ lm）。 V（ λ ）為給定波長的相對視敏函數(shù)。 ? 流明效率 : 人眼受能見度限制，因此對于不同的 λp ，光有不同的最高流明效率： λp=555nm 時(shí)：最大流明效率（ Km）為 683lm/W； λp=470nm 時(shí)： V（ λ ） =，最大流明效率為 683= ； λp=460nm 時(shí)： V（ λ ） =，最大流明效率為 683=； λp=450nm 時(shí)： V（ λ ） =，最大流明效率為 683=； λp=660nm 時(shí)： V（ λ ） =，最大流明效率為 683=； λp=650nm 時(shí)： V（ λ ） =，最大流明效率為 683=； λp=620nm 時(shí)： V（ λ ） =，最大流明效率為 683=； 不同光源組成的白光，其最大流明效率因人眼能見度不同的原因而不同。所以對于不同的色溫，其流明效率會(huì)不一樣。 藍(lán)光 LED激發(fā)黃色 YAG熒光粉形成白光時(shí)，雖然輻射出的藍(lán)光能量有損失，但激發(fā)出黃光的最大流明比藍(lán)光要高好幾倍，所以人眼感覺的流明效率提高了。實(shí)際光強(qiáng)在空間各個(gè)方向的分布是不均勻的，空間光強(qiáng)分布的曲線稱為配光曲線。 若光源射來的光線與測量面垂直，則 cosθ=1 。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。當(dāng)光源的光強(qiáng)均勻時(shí)，向法線偏轉(zhuǎn)的周圍光強(qiáng)是原來一半時(shí)所夾的角應(yīng)當(dāng)都相等。半強(qiáng)角度與視角是有區(qū)別的，視角一般比較大。 光源的半強(qiáng)度角 、 LED的熱學(xué)指標(biāo) 、 熱阻 Rt h 在 LED點(diǎn)亮后達(dá)到熱量傳導(dǎo)穩(wěn)態(tài)時(shí)，芯片表面每耗散 1W的功率，芯片 pn結(jié)點(diǎn)的溫度與連接的支架或鋁基板的溫度之間的溫差就稱為熱阻 Rth，單位為 ℃ /W。這有利于降低芯片中的 pn結(jié)的溫度，從而延長 LED的壽命。與 LED芯片粘結(jié)所用的材料的導(dǎo)熱性 能及粘結(jié)時(shí)的質(zhì)量有關(guān)，是用導(dǎo)熱性能很好的膠，還是用絕緣導(dǎo)熱的膠，還是用金屬直接連接。選用一定的材料與控制相關(guān)的技術(shù)細(xì)節(jié)，就可以降低 LED的熱阻，從而提高LED的壽命與工作效能。 中國電子科技集團(tuán)第十三研究所制造聽 NC2992 型半導(dǎo)體器件可靠性分析儀，可用于測試熱阻。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)光波長等都有關(guān)系。 正向電壓法二極管熱阻測試示意圖 根據(jù) 上 圖，對被測 LED 施加一定的加熱功率 脈沖（恒流 IH），被測 LED的 pn結(jié)發(fā)熱。在測試前被測 LED結(jié)溫與熱沉溫度相同的前提下，由溫度檢測裝置測得熱沉溫度，從而得到被測 LED的初始結(jié)溫。通過此熱敏溫度系數(shù)，在恒定的偏置電流 IM 下，可將功率恒流脈沖施加前后的結(jié)電壓變化量 ΔVF 換算為相應(yīng)的結(jié)溫變化量。P （ 3） 如 上 圖所示，首先轉(zhuǎn)換開關(guān)置于 “1” ，則被測 LED注入恒定電流 IM，測得其正向電壓 VF1。在一定時(shí)間之后，開關(guān)再次切換至 “1” ，在 IM下測得 LED的正向電壓 VF2。 、 LED 的儲(chǔ)存環(huán)境溫度與工作溫度 通常情況下， LED的儲(chǔ)存環(huán)境溫度應(yīng)在 40℃ ~+100℃ 。這對 LED是否有影響， 可以繼續(xù)展開實(shí)驗(yàn)來證明。 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。 、 其他相關(guān)指標(biāo) 、 防靜電（ ESD）指標(biāo) 做好的 LED器件要注意防靜電。一般 LED 做好后，雙極開路防靜電指標(biāo)應(yīng)在 500V之內(nèi)。這是衡量這批 LED器件質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)。 、 壽命 LED器件在正常工作條件下，半光衰時(shí)間越長，說明 LED的壽命越長。但目前由于材料、制造技術(shù)等方面原因，市場上的 LED器件壽命只能達(dá)到2~3 萬小時(shí)。但是如何快速測定半光衰時(shí)間，還有待于制造出通用的儀器進(jìn)行測定。但是， LED 器件的壽 命與使用時(shí)系統(tǒng)的散熱條件、出光效率有直接關(guān)系。 、 其他指標(biāo) LED是靠環(huán)氧樹脂等膠封裝起來的。有時(shí)會(huì)使膠體變黃變濁，影響透光；有的會(huì)使膠玻化而破碎。 LED光源 的特點(diǎn) 由以上 LED光源指標(biāo)的介紹很容易看出 LED具有以下特點(diǎn) : ? 電壓 低 LED使用低壓電源，供電電壓在 624V之間，根據(jù)產(chǎn)品不同而異，所以它是一個(gè)比使用高壓電源更安全的電源，特別適用于公共場所。如小電流時(shí)為紅色的 LED，隨著電流的增加，可以依次變?yōu)槌壬S色，最后為綠色 ? 價(jià)格 LED的價(jià)格比較昂貴，較之于白熾燈，幾只 LED的價(jià)格就可以與一只白熾燈的價(jià)格相當(dāng)，而通常每組信號(hào)燈需由上 300～ 500只二極管構(gòu)成。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。例如 LED 發(fā)的紅光的峰值波長為 565nm。由此可見，要使 LED 發(fā)出白光，它的光譜特性應(yīng)包括整個(gè)可見的光譜范圍。根據(jù)人們對可見光的研究，人眼睛所能 見的白光，至少 需兩種光的混合，即二波長發(fā)光（藍(lán)色光＋黃色光）或三波長發(fā)光（藍(lán)色光＋綠色光＋紅色光）的模式。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)：效率高、色溫可控、顯色性較好。 ? 發(fā)光晶片 +熒光粉 a、 藍(lán)光 LED芯片激發(fā)黃色熒光粉，由 LED藍(lán)光和熒光粉發(fā)出的黃綠光合成白光，為改善顯色性能還可以在其中加少量紅色熒光粉或同時(shí)加適量綠色、紅色熒光粉。 缺點(diǎn)：一致性差、色溫隨角度變化。 優(yōu)點(diǎn)：顯色性好、制備簡單。 、熒光粉法原理 在 LED熒光粉 方面近幾年的發(fā)展非常迅速。藍(lán)光 LED激發(fā)的黃色熒光粉基本上能滿足目前 白光 LED產(chǎn)品的要求。最好能制備出直徑 3~4nm 之間的球形的熒光粉。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。因此 ，還需要盡快研制效率高、穩(wěn)定性好的熒光粉，以滿足半導(dǎo)體照明技術(shù)發(fā)展的需要。 各種熒光粉的化學(xué)成分及其應(yīng)用 以下是一種白光 LED 的構(gòu)造及其和普通白熾燈的發(fā)光光譜比較： 、 RGB 三基色合成白光制作 原理 對于制作 RGB三基色合成的白光 LED，必須注意以下幾個(gè)問題： （ 1） 三種 LED芯片發(fā)出的光的主波長一般是：紅光為 615~620mm，綠光為 530~540mm，藍(lán)光為 460~470nm。如果為了提高顯色指數(shù)，可采用藍(lán)光（ 460nm）、綠光 （ 525nm）、黃光 （ 580nm）、紅光 (635nm)組合，這種光的主波長配比可得到最佳的顯色指數(shù)（達(dá) 95 以上），光效可達(dá)35~40lm/W，最低色溫可做到 2700K。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。同時(shí)考慮這幾個(gè)因素，進(jìn)行綜合 的實(shí)驗(yàn)來得到最好的效果，所以上述的只作為參考的比例，而不是固定的結(jié)論。 下圖 圖給出了 RGB三色混合的示意圖，只有 A區(qū)是三種顏色都有的區(qū)域，所以只有 A區(qū)才是白光，其他區(qū)域都不是白光。然而即使在傳播一定距離后，仍然只有中心區(qū)域才出現(xiàn)白光，也就是說中心區(qū)域以外的 區(qū)域仍然沒有 混合，并且發(fā)散角度比較大的光線在經(jīng)過傳播后遠(yuǎn)離中心，繼而造成發(fā)光效率降低。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。 三基色光混合的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （ 4） 多芯片集中封裝在一個(gè)器件中，熱量的散發(fā)會(huì)更加困難。這三種芯片其溫度特 性不一樣，溫度變化會(huì)引起色溫偏差。 幾種主要的白光 LED制作效果 LED 驅(qū)動(dòng) 、 LED驅(qū)動(dòng)器的要求 驅(qū)動(dòng)器可以看作是向白光 LED供電的特殊電源，可以驅(qū)動(dòng)正向壓降為 ~光 LED，并根據(jù)需要驅(qū)動(dòng)串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)的多個(gè)白光 LED，滿足驅(qū)動(dòng)電流的要求。 ? 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。 ? 在多個(gè)白光 LED并聯(lián)使用時(shí)，要求各白光 LED的電流相匹配，使亮度均勻。 ? 白光 LED的最大電流 ILED可設(shè)定，使用過程中可調(diào)節(jié)白光 LED的亮度（亮度調(diào)節(jié)）。 ? 小尺寸封裝，并要求外圍組件少而小，使所占印制板面積小。 ? 使用方便，價(jià)位低。 過去認(rèn)為有電感的升壓式 DC/DC變換器可輸出較大的電流。對于采用 LDO電路的驅(qū)動(dòng)器，無需外圍組件及價(jià)位低是它的優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)換效率略低，并且電池往往不能用到終止放電電壓就要充電。 按 集成器件品種 分類 可以用作白光 LED驅(qū)動(dòng)電 源的集成器件品種較多，大致分為 恒流源、電荷泵和開關(guān)電源三種類型 ： ? 恒流源 絕大多數(shù) LCD 背景照明裝置都配有亮度控制器以便使用中根據(jù)環(huán)境光線的強(qiáng)弱進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)。為此，可控恒流源應(yīng)是實(shí)現(xiàn)亮度控制最簡單的方案。 LCD背光裝置則大多采用 PWM電源為 LED供 電，以避免這一 “ 色偏 ” 問題。 在電源電壓較為有限的應(yīng)用場合，多個(gè)白光 LED 只能以并聯(lián)方式工作。不過目前多已改 用集成恒流源為白光 LED供電，可以消除電源電壓變動(dòng)所造成的不利影響。 ? 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。此類典型的器件有 LM3354 型開關(guān)電容變換器， 其電源電壓范圍為 ~，輸出電壓有一系列標(biāo)稱值可供選擇，用作白 光 LED驅(qū)動(dòng)器時(shí)應(yīng)選擇 。 LM3354的最大輸出電流為 90mA，帶有片內(nèi)過熱保護(hù)電路，靜態(tài)電流與關(guān)斷狀態(tài)電流分別為 475μA 和 5μA 。 白光 LED 以恒流源供電有利于抑制電源電壓變動(dòng)所造成的不利影響，目前也確有不少電流輸出型電荷泵電路可 供選用。 LTC3200 的工作頻率