為遠程熒光粉應用選擇LED時需考慮哪些因素

白色LED - 從釔鋁石榴石（YAG）熒光粉發(fā)出的“白色”光與藍色LED一起工作 - 是許多照明燈具核心的成熟技術。然而，一種名為遠程熒光粉的替代技術正在取得進展，因為它提供更高的功效。

與白光LED類似，該技術使用皇家藍LED作為光子泵，而不是將LED和熒光粉結合到一起在單個封裝中，器件通過分離這兩個關鍵元件來獲得優(yōu)勢。

這確實使設計過程復雜化，因為工程師無需為單個供應商指定集成的LED/熒光粉封裝現(xiàn)在必須考慮兩個不同的部分。

此外，熟悉白光LED的工程師通過考慮諸如光通量（流明 - 流明）和功效（流明/瓦特）等參數(shù)來比較器件之間的比較。流明/瓦）。然而，比較離散的皇家藍色LED是不同的;制造商歷史上已經(jīng)指定了LED的輻射通量（以毫瓦 - 瓦為單位）而不是發(fā)光度，并且效率已經(jīng)讓位于效率（毫瓦/W-mW/W）。

本文對數(shù)據(jù)表進行了解碼皇家藍LED通過解釋在為遠程熒光粉應用選擇LED時應考慮的關鍵參數(shù)。

自然界短暫改變

根據(jù)英國圖書館和其他機構的調查結果在古典希臘文學中，沒有任何關于“藍色”的詞匯。希臘作家傾向于將大海描述為深色（紅色）葡萄酒色，天空為白色。學者們傾向于認為希臘人從未將藍色視為單獨的顏色，因為它在本質上是相對罕見的。因此，即使蔚藍的地中海人正盯著他們，他們也不認識藍色。

從他們對科學，數(shù)學，建筑和民主的貢獻來看，希臘人并非傻瓜。此外，事實證明，他們并不是唯一一個忽視藍色的人，因為人們在感知顏色方面一般都是天生的短暫變化。

圖1顯示了眼睛對不同波長的反應。電磁波譜的可見部分。視網(wǎng)膜中的顏色感應錐對波長為555nm（綠色）的光最敏感。這些特殊細胞的靈敏度迅速向光譜的藍色（和紅色）部分傾斜。例如，錐體對472 nm藍光的敏感度僅為555 nm綠光的10％。

圖1：人類作為電磁輻射波長函數(shù)的眼睛靈敏度。

高亮度LED制造商在設計產(chǎn)品時將人眼的反應作為主要考慮因素。他們意識到，如果設備將電能轉換為幾乎看不見的光波長，則沒什么用處。這就是為什么白色LED從中央藍色設備吸收藍光然后在很寬的可見波長范圍內重新發(fā)射它，包括一些綠色和紅色，以及大量的黃色。

圖2顯示了光譜來自高性能白光LED - 在這種情況下是歐司朗OSLON SSL設備 - 疊加在人眼的靈敏度功能（Vλ）上。請注意442 nm處的峰值對應于藍色LED直接發(fā)出的光線，該光線未受到熒光體斯托克斯位移的影響（參見TechZone文章“更白，更亮LED”）。

此峰值出現(xiàn)在人眼的靈敏度較差的位置，因此無法顯著提高設備的明顯“亮度”。對于今天的高功率LED，這種“浪費”的光不是一個大問題，因為它們會產(chǎn)生一個以555 nm為中心的次級峰 - 就在眼睛的靈敏度最高的地方。 （這不僅僅是一個快樂的巧合;制造商花費了大量研究資金“調整”他們的熒光粉，以確保在這個最佳點發(fā)光。）

圖2：歐司朗OSLON SSL白光LED的相對輸出與人眼靈敏度功能的比較。請注意，442 nm處的峰值（由于來自藍色LED的非斯托克斯移位光）出現(xiàn)在眼睛的靈敏度較差但次要峰值與高度敏感區(qū)域重合的位置。 （由OSRAM提供。）

白光LED的關鍵參數(shù)

在為照明項目選擇高性能白光LED時，工程師可以選擇。像Cree，OSRAM和首爾半導體這樣的公司生產(chǎn)的高效設備價格不斷下降。

制造商也使設備比較簡單。檢查數(shù)據(jù)表揭示了關鍵事實，如光通量（流明）和功效（流明/瓦特）。光通量是光源的可見光能量或表觀亮度的量度，因此考慮了眼睛的靈敏度函數(shù)。 （光通量與輻射通量不同，輻射通量是從光源發(fā)出的電磁輻射的總功率的量度，包括紅外線，可見光和紫外線。）

從純粹的科學考慮，那里有幾種方法可以測量光源的發(fā)光“功效”（即，達到所需結果的能力）。然而，由于我們關注的是主流照明，從工程角度來看，最有用的定義是發(fā)出的光通量（lm）與用于為光源供電的電功率（W）之比。

發(fā)光效率（lm/W）是LED的關鍵參數(shù)，因為它允許與其他形式的照明（如白熾燈和熒光燈）直接（通常是討人喜歡）比較（參見TechZone文章“材料和制造改進提高LED效率”）。該措施還考慮了產(chǎn)生熱量和非可見電磁輻射而不是可見光浪費的功率。

有了這些信息，工程師可以選擇適合幾乎任何應用的白色LED。例如，Cree的XLamp?XP-G2是現(xiàn)在照明工程師可以使用的典型設備。使用350 mA的驅動電流，XP-G2可以產(chǎn)生122流明的效率和124流明/瓦的功效。歐司朗和首爾半導體制造類似的同類產(chǎn)品。毫無疑問，效率超過120流明/瓦的LED正在迅速進入主流照明市場。傳統(tǒng)的白熾燈泡難以達到10至18 lm/W的效率。 LED也比緊湊型熒光燈（CFL）（35至60 lm/W）和熒光燈管（80至100 lm/W）更好。 1

效率，而不是功效

LED是一種新興技術，市場競爭激烈，因此芯片供應商互相宣傳，宣布技術改進，提高LED效率（見TechZone的文章“LED功效改善沒有顯示出減緩的跡象”。）

盡管如此，仍有很多工作要做。事實證明，白光LED的理論極限約為263 lm/W. 2 （順便提一下，任何光源的最高功效都是555 nm綠光 - 人眼的波長。最敏感 - 可達到683 lm/W. 3 ）

遠程熒光粉是一種越來越受歡迎的技術。該技術建立在倫斯勒理工學院的研究基礎之上，該研究表明，將熒光粉從藍色模具中移開可將效率提高多達30％（參見TechZone文章“遠程熒光粉提供白光LED替代品”）?？梢允褂蒙虡I(yè)解決方案將該概念以磷光盤或球體的形式付諸實踐。其中一種產(chǎn)品是來自Intematix的ChromaLit。

熒光盤必須與作為光子源的皇家藍色LED一起使用。有很多可供選擇，但對于只熟悉白光LED的設計人員而言，事情會讓人感到困惑。

皇家藍LED非常高效 - 大約50％的輸入功率轉換為光子 - 但是如上所述，人眼看不到大部分發(fā)射的輻射。因此，發(fā)光度非常低，大約為10到15流明，并且功效（就每瓦電能產(chǎn)生的可見光而言）同樣受到限制。

然而，光度差用于傳統(tǒng)白光LED和遠程熒光粉設計的皇家藍LED具有較小的后果，因為該裝置本身對照明裝置的整體照明貢獻很小。相反，LED充當光子泵，發(fā)射被磷光體吸收并在人眼最敏感的波長處重新發(fā)射的輻射流。熒光粉的亮度是最重要的，而不是LED光子泵的亮度。

Cree的皇家藍色XLamp XT-E LED（圖3）等設備的數(shù)據(jù)表不包括光通量的數(shù)字。相反，輸出定義為475 mW的輻射通量，并沒有提到功效;相反，制造商引用的效率為501 mW/W.同樣，歐司朗的皇家藍色OSLON SSX LED的額定輻射通量為160 mW，效率為346 mW/W. （請注意，此處的效率是過功率輸出時的無量綱（百分比）功率測量值。）

圖3：Cree的皇家藍XLamp XT-E LED適用于遠程熒光燈照明應用。

說明皇家藍色LED的輻射通量和效率 - 而不是光通量和功效 - 對于LED供應商來說并不是很明智，更像是公認的慣例。

< p>輻射通量決定了熒光粉可用于轉換的光子數(shù)。效率是衡量皇家藍LED將電能轉換為輻射通量的有效程度，并確定給定輸出的功耗。

最佳激發(fā)

用于白色的熒光粉LED和遠程熒光燈專門設計用于在人眼的“最佳點”周圍發(fā)光。然而，只有當可用于轉換的入射光子包含與熒光體激發(fā)頻率相匹配的非常窄的波段時，它們才能做到這一點。

圖4顯示YAG熒光粉的激發(fā)和發(fā)射光譜與皇家藍（470nm），綠色（520nm）和紅色（625nm）LED的發(fā)射光譜?？梢钥闯?，皇家藍色LED幾乎完全對應于磷光體的激發(fā)峰，而綠色具有有限的效果，紅色沒有影響。 4

圖4：YAG熒光粉的激發(fā)和發(fā)射光譜與皇家藍色，綠色和紅色LED的輸出相比。

可以看出YAG的激發(fā)強度（和隨后的發(fā)射強度）磷光體與入射光子的波長強烈相關。不幸的是，光子泵浦皇家藍LED的結溫確實會影響發(fā)射光子的波長。 （請注意，溫度對LED和熒光粉的轉換效率也會產(chǎn)生其他不利影響。）

圖5顯示了溫度升高如何改變藍色，綠色和紅色LED發(fā)出的光子的主要波長。工程師需要注意的重要事實是制造商指定所選皇家藍色LED的主波長（通常為80到90oC）的溫度，并設計夾具以確保模具不會超過此點（參見TechZone文章“LED熱管理的基礎知識”）。否則，最終設計的輸出將受到不利影響。

圖5：藍色，綠色和紅色LED的主波長與結溫的偏移。 （由首爾半導體公司提供。）

利用遠程熒光粉

白光LED是一種成熟且流行的技術，但固態(tài)照明繼續(xù)快速發(fā)展，主流照明的替代技術正在出現(xiàn)。遠程熒光粉的推動者聲稱，與在相同正向電流下運行的白光LED相比，它提供了15％至30％的功效改進。這引起了一些設計師的興趣。

那些設計師需要意識到單個LED/熒光粉封裝的便利性被單獨的皇家藍色LED和異形熒光盤取代。許多商用LED可用于遠程熒光粉設計，但是熟悉白光LED規(guī)格表對于為特定應用指定合適的皇家藍色設備幾乎沒有幫助。

相反，工程師需要比較其入選LED的輻射通量，效率和溫度穩(wěn)定性決定了用于預期目的的最佳芯片。明智的選擇將在快速發(fā)展的領域實現(xiàn)卓越的設計。