分析白光LED的光效.doc

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一、什么是可用于的照明白光
到目前为止。人工光源中除了白炽灯(低色温)和氙灯(高色温)以外几乎没有这样好的显色性的光源。
然后,在目前照明领域的所有场合中,不是一定要光源的显色指数有100才能应用。显色性只有50的卤磷酸钙荧光粉的荧光灯不是也用了大半个世纪吗?显色性只有20左右的高压钠灯不是在道路上也应用了半个世纪吗?因此不能一概而论。必须按照周围环境和使用条件才能划出好用和不好用的界线。
不可否认地看到这样的事实:
1.绿色和低碳要求我们使用光效越来越高的光源,满足减少耗能的目的。新的产品必须有高的发光效率。例如:用三基色荧光粉替代卤磷酸钙荧光粉制成的荧光灯光的光源的发光效率可以提高约50%(从22501m(40W卤磷酸钙荧光灯)提高至U3350Im(36W---"基色荧光灯)):彩色的LED已经全面替代了传统白色光源加滤色片的这种发出彩色光的模式,如此等等:
2.显色性已经越来越得到重视。显色性差的光源往往在许多场合中是不能用或不建议用的。最清楚的例子就是低压钠灯有接近2001m/W的发光效率,但单色的黄色光使它只能用于道路照明和极少的其它场合。有更大受众面的室内环境,要求的显色性更高。像美国能源部(DOE)对用于室内照明的LED灯的显色指数已从原来的70(2007,8)提高到近来规定的≥80了(2009.12)H].在国内的照明设计标准中,也规定有办公室和宾馆饭店中的显色指数应在80以上的要求。还有。高显色指数(Ra>80)的金卤灯的出现,使国际上体育场馆的照明指标中的显色性从原来的60多提高到>80,一切源出于此。那么,什么是可用于照明的白光呢?高光效和高显色指数且符合照明环境或照明作业对象的白光才是最好的白光。在当前情况下,高光效意味着比传统光源的发光效率要高。因为现在不同场合现在都有传统光源在充当主角,将发光效率高的传统光源装入灯具内作为标杆,再将新光源装入此灯具(如LED灯具)后做比较,不失为一种比较好的方法。DOE目前文件中就有将普通灯泡、MRl6和荧光灯这方面的标杆。至于显色指数,各种不同场合下的显色指数是人为规定的一个数值,有些场合中没有规定,如室外照明,有的已经作出详细规定,特别是室内照明中的要求颇多,例如家居环境中显色指数在80以上,已经成为俗成的要求了。因此,比传统光源有高的效率和显色指数大于80似乎应该是衡量室内照明用白光LED的一个界限。
用LED驱动传统光源的趋势已经明朗,高的光线和不太低的显色指数,已经在一些室内外照明中展露头角,显现出不俗的成绩和强劲的发展势头,必须引起注意。
二、LED产生白光的显色指数
目前有两种产生白色LED的方法:荧光法和RGB法,它们有不同的色温和显色指数,图上的光谱曲线就表示了不同的色温和显色指数。

图1荧光法(BY法)得到白光几种色温和显色指数

图2RGB得到白光的色温和显色指数
图上的曲线说明了两个问题:
1、用BY法得到的白光的显色指数在80以下。由于荧光法得到的是连续光谱,在与传统光源比较时,采用传统方法计算显色指数,不能说是一个还有缺陷的方法:眼下DOE规定了一体化灯的显色指数指标为80以上后,更需要重视了。
2、用传统的显色指数计算方法计算由RGB方法得到白光见图2,它的显色指数比较低。
三、产生白光的光源的理论极限光效的计算—光谱设计和光电效率转换
以为LED是单色光源,可以由RGB或者BY两种方法产生白光,因此,对RGB法形成白光可以看出拼凑出来的一种白光光源,它的光谱可变,色温和显色性也可变,以适合各种需要。而BY法产生的白光就不会又太多的变化了。
众所周知一种光源,光谱的可变表示了它的发光效率、色温和显色指数是有变化余地的。有的变得光效更高和显色更好,也有变得更差。显然,任何制造商都想朝着将这些参数向越来越好的方向发展。当然LED的光谱设计就变得特别重要了。我们知道,白色LED光源的极限光效A=Wo*We。其中Wo为光源光功率的理论效率,由光谱线上个谱线的光功率折算为光通量计算来的,如按照人眼光谱光视效能最高的电功率1W的555nm黄绿光相当于光功率是683lm,即光电转换效率是683lm/w。We为光源发光机理算出的电功率转换为光功率的理论效率。

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不同光谱的光谱线有不同的光功率,不同的组合就有不同的光功率的理论效率。
典型的白色光源可设计成图3中的三种光谱构成:
1、可见光区域内等能量分布;
2、以555nm为最大值的三角形分布;
3、与人眼光谱光视效率曲线相同技术可得表1的结果。

图3

光电转换效率We由光源的发光机理决定,对LED光源来说:RGB和BY法得到白光LED的光电转换效率由英国科学家代表团组织在2006年发表的一个LED技术报告中