1、LED培训教材,白光LED,目录,白光LED的发展和现状白光LED色度图及其色温白光LED的显色指数白光LED的衰减,一、白光LED的发展和现状,自从出现发光二极管LED以来，人们一直在努力追求实现固体光源，随着发光二极管LED制造工艺的不断进步和新型材料（氮化物晶体和荧光粉）的开发及应用，使发白色光的LED半导体固体光源性能不断完善并进入实用阶段。白光LED的出现，使高亮度LED应用领域跨足至高效率照明光源市场。曾经有人指出，高亮度LED将是人类继爱迪生发明白炽灯泡之后，最伟大的发明之一。所谓白光是多种颜色混合而成的光，以人类眼睛所能见的白光形式至少须两种光混合，如二波长光(蓝色光+黄色光)
2、或三波长光(蓝色光+绿色光+红色光)，目前已商品化的产品仅有二波长蓝光单晶片加上YAG黄色荧光粉，在未来较被看好的是三波长光，以无机紫外光晶片加R.G.B三颜色荧光粉，此外有机单层三波长型白光LED也有成本低、制作容易的优点。未来应用在取代荧光灯、紧凑型节能荧光灯泡及LCD背光源等。,一、白光LED的发展和现状,在技术方面白光LED目前主要分为两种发光方式:目前主要的商品化作法是日亚化学(Nichia)以460nm波长的InGaN蓝光晶粒涂上一层YAG荧光物质，利用蓝光LED照射此荧光物质以产生与蓝光互补的555nm波长黄光，再利用透镜原理将互补的黄光、蓝光予以混合，便可得出肉眼所需的白光。白
3、光LED开发基础在于蓝光技术，目前在蓝光LED技术方面仍以日亚化学领先，拥有众多专利权。第二种是日本住友电工亦开发出以ZnSe为材料的白光LED，不过发光效率较差，但由于目前白光LED市场热销，仍呈现供不应由求现象。,一、白光LED的发展和现状,业界概况 在LED业者中，日亚化学是最早运用上述技术工艺研发出不同波长的高亮度LED，以及蓝紫光半导体激光（Laser Diode；LD），是业界握有蓝光LED专利权的重量级业者。在日亚化学取得兰色LED生产及电极构造等众多基本专利后，坚持不对外提供授权，仅采自行生产策略，意图独占市场，使得蓝光LED价格高昂。但其他已具备生产能力的业者相当不以为然，部
4、分日系LED业者认为，日亚化工的策略，将使日本在蓝光及白光LED竞争中，逐步被欧美及其他国家的LED业者抢得先机，届时将对整体日本LED产业造成严重伤害。因此许多业者便千方百计进行蓝光LED的研发生产。目前除日亚化学和住友电工外，还有丰田合成、罗沐、东芝和夏普，美商Cree，全球3大照明厂奇异、飞利浦、欧司朗以及HP、Siemens、 Research、EMCORE等都投入了该产品的研发生产，对促进白光LED产品的产业化、市场化方面起到了积极的促进作用。,一、白光LED的发展和现状,白光LED的特色白光LED是最被看好的LED新兴产品，其在照明市场的发展潜力值得期待。与白炽钨丝灯泡及荧光灯相比
5、，LED具有体积小(多颗、多种组合)、发热量低(没有热幅射)、耗电量小(低电压、低电流起动)、寿命长(1万小时以上)、反应速度快(可在高频操作)、环保(耐震、耐冲击不易破、废弃物可回收，没有污染)、可平面封装易开发成轻薄短小产品等优点，没有白炽灯泡高耗电、易碎及日光灯废弃物含汞污染的问题等缺点，是被业界看好在未来10年内，成为替代传统照明器具的一大潜力商品。,二、白光LED色度图及其色温,1、色度图国际照明委员会（CIE）1931年制定了一个色度图，用组成某一颜色的三基色比例来规定这一颜色，即用三种基色相加的比例来表示某一颜色，并可写成方程式： (Color)=R(R)+G(G)+B(B) 等
6、式中，（C）代表某一种颜色，（R）、（G）、（B）是红、绿、蓝三基色，R、G、B是每种颜色的比例系数，它们的和等于1，即RGB1，“C”是指匹配即在视觉上颜色相同，如某一蓝绿色可以表达为：(C)=0.06(R)+0.31(G)+0.63(B)如果是二基色混合，则在三个系数中有一个为零；如匹配白色，则R、G、B应相等。,二、白光LED色度图及其色温,任何颜色都用匹配该颜色的三基色的比例加以规定，因此每一颜色都在色度图中占有确定的位置。在马蹄形曲线包括的面积中，有一条弯曲线，它代表各种绝对温度下黑体辐射轨迹。颜色三角形的中心E是等能白光，它由三原色各占1/3的量产生。因此，其色品坐标为：X1=y1
7、=Z1=0.3333。任意一个颜色的色品都可用CIE 1931色品图来描述。在图中，马蹄形线上的各点代表380nm（紫色）到780（红色）之间的所有单色光，这条曲线是光谱轨迹。连接马蹄形曲线两端的直线“紫线”代表光谱上所有的由紫到红的颜色。,二、白光LED色度图及其色温,色品图上，y=0的直线即无亮度线。光谱轨迹的短波波端紧靠这条线。这意味着，虽然短波刺激能够引起视觉反应，但380420nm波长的辐射通量在视觉上只有很低的亮度感觉。在色度图中： X轴色度坐标相当于红基色的比例；Y轴色度坐标相当于绿基色的比例。Z轴色度坐标相当于蓝基色的比例图中没有Z轴色度坐标（即蓝基色所占的比例），因为比例系数
8、XYZ1，Z的坐标值可以推算出来，即1一（XY）Z。色度图中的弧形曲线上的各点是光谱上的各种颜色即光谱轨迹，是光谱各种颜色的色度坐标。红色波段在图的右下部，绿色波段在左上角，蓝紫色波段在图的左下部。图下方的直线部分，即连接400nm和700nm的直线，是光谱上所没有的、由紫到红的系列。,二、白光LED色度图及其色温,如何得到颜色的色调、饱和度、色纯度？靠近图中心的C是白色，相当于中午阳光的光色，其色度坐标为X0.3101，Y0.3162，Z=0.3737。,二、白光LED色度图及其色温,设色度图上有一颜色S，由C通过S画一直线至光谱轨迹O点（590nm），S颜色的主波长即为590nm，此处光谱
9、的颜色即S的色调（橙色）。某一颜色离开C点至光谱轨迹的距离表明它的色纯度，即饱和度。颜色越靠近C越不纯，越靠近光谱轨迹越纯。S点位于从C到590nm光谱轨迹的45处，所以它的色纯度为45，色纯度（CSCO） 100。从光谱轨迹的任一点通过C画一直线抵达对侧光谱轨迹的一点，这条直线两端的颜色互为补色（虚线）。从紫红色段的任一点通过C点画一直线抵达对侧光谱轨迹的一点，这个非光谱色就用该光谱颜色的补色来表示。表示方法是在非光谱色的补色的波长后面加一C字，如536G，这一紫红色是536nm绿色的补色。,二、白光LED色度图及其色温,CIE1931色度图有很大的实用价值，任何颜色，不管是光源色还是表面色
10、，都可以在这个色度图上标定出来，这就使颜色的描述简便而准确了。例如为了保证颜色标志的正确辨认和交通安全的管制，在CIE1931色度图上规定了具体的范围，它适用于各种警告信号和颜色标志的编码。再如在 CIE1931色度图上，可推出由两种颜色相混合所得出的各种中间色。如Q和S相加，得出Q到S直线的各种中间颜色，如T点，由C通过T抵达552nm的光谱色，可由552nm的波长颜色看出T的色调，并可由T在C与552nm光谱色之间所占位置看出它的纯度。在实际应用中，如彩色电视、彩色摄影（乳胶处理）或其它颜色复现系统都需要选择适当的红（R）绿（G）蓝（B）三基色，用来复现白色和各种颜色，所选定的（R）（G）
11、（B）在色度图上的位置形成一个三角形。应使（R）（G）（B）三角形尽量能包括较大面积，同时（R）（G）（B）线应尽量靠近光谱轨迹，以复现比较饱和的红、绿、蓝等颜色。,二、白光LED色度图及其色温,2、色温色温指的是光波在不同的能量下，人眼所感受的颜色变化。在色温的计算上，是以 Kelvin 为单位，黑体幅射的 0 Kelvin= 摄氏 -273 C 做为计算的起点。 将黑体加热，随着能量的提高，便会进入可见光的领域，例如，在 2800 K 时，发出的色光和灯泡相同，我们便说灯泡的色温是 2800 K。可见光领域的色温变化，由低色温至高色温是由橙红 - 白 - 蓝。色温5000K：光色为清凉型（
12、带蓝的白色），冷的气氛效果。如图所示：,二、白光LED色度图及其色温,三、白光LED的显色指数,光源对物体本身颜色呈现的程度称为显色性，也就是颜色逼真的程度；光源的显色性是由显色指数来表明，它表示物体在光下颜色比基准光（太阳光）照明时颜色的偏离，能较全面反映光源的颜色特性。显色性高的光源对颜色表现较好，我们所见到的颜色也就接近自然色，显色性低的光源对颜色表现较差，我们所见到的颜色偏差也较大。国际照明委员会 CIE 把太阳的显色指数定为 100 ，各类光源的显色指数各不相同，如：高压钠灯显色指数 Ra=23 ，荧光灯管显色指数 Ra=6090 。 显色分两种： 忠实显色：能正确表现物质本来的颜色
13、需使用显色指数 (Ra) 高的光源，其数值接近 100 ，显色性最好。 效果显色：要鲜明地强调特定色彩，表现美的生活可以利用加色法来加强显色效果。,四、白光LED的衰减,光衰的定义：所谓光衰是指发光体经过一段时间使用后,发光效率出现下降,光通量没有初始的时候高了，例如累计或持续工作1000小时后光通量比原来少了多少，用百分比表示，称为1000小时光衰。光衰产生的原因：发光体之所以有光衰，是因为大部分发光体的材质在经过长时间工作后产生老化而至，我们使用的灯泡大都是把电能转化为热能和光能，也就是说任何发光元件都会产生热量,所以发光元件在长期持续的高温下材质将出现老化，材质的老化将直接影响了发光材质
14、的发光效率，老化越严重发光效率就越低，光衰就越大 。所以要控制光衰的速度就要选择品质好的发光材质和元件，还有电路设计时要尽量控制发光材质的温度，发光材质的温度控制也将对降低光衰起到很明显的作用。白光LED目前普遍采用的是蓝光晶片加黄色荧光粉调出来的白光，晶片的稳定性和散热的设计对光衰将起到最重要的作用，要想改变光衰第一个就要从晶片入手，第二要从散热方面入手，好的散热将大大的降低了LED的光衰，其次就是在产品应用中电源电流的控制也很重要，LED需要的是恒流电源不是恒压电源，是因为LED的PN结的温度特性，温度升高了电流就会增大，压降会减小，当电流增大时晶片的温度也会出现上升，如此的特性将对LED
15、很不利，所以控制恒定的电流是最关键的。,LED的光衰：LED是一种固态的半导体器件，直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由三部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子，中间通常是1至5个周期的量子阱。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子和空穴就会被推向量子阱，在量子阱内电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，也就是发出我们需要的光，晶片在工作时也会产生温度，长时间温度的升高将会使晶片产生老化,晶片的老化就出现发出的能量下降,发光效率降低，这就使
16、LED出现了光衰。,四、白光LED的衰减,LED光衰的控制：LED产生光衰的主要因素是晶片的老化,要解决光衰最重要的就是要控制LED晶片老化的速度,第一就是LED晶片的品质很重要,还有就是解决晶片散热的问题的也很关键,总之解决LED的光衰问题的因素是多方面的,晶片的品质和封装的技术，封装材料的选择等都很关键。,LED的光衰与寿命：LED的特点是寿命长,理论寿命能达到8到10万小时,当然就有人表示怀疑了，LED真的能达到这么长的寿命吗，按照这样的寿命计算LED灯具真能用到几十年不坏吗？这里我需要向各位亲做详细解答，根据实验室证明LED的寿命达到8到10万小时是有依据的，所谓的8到10万小时的寿命
17、是要有前提条件的，LED的晶片，使用的环境，使用的电流等都有直接的关系，这种寿命是指LED从开始使用到电气性能完全丧失所需的时间，当然没考虑到光衰的因素。在照明应用中我们需要的是发光寿命，也就是说有效光源寿命，有效光源寿命是指LED工作时能发出有效的有利用价值的光的累计工作时间，LED通常有效光源寿命能达到3到5万小时就已经不错了。光衰大的就谈不上寿命了，普通的价格低廉的LED产品在使用1000小时后的光衰就超过30%以上了，有些甚至超过50%了，这么大的光衰还能谈什么寿命呢，最多用到3000小时后就类似于萤火虫了，就算寿命不到也没有使用价值了。所以LED光衰的速度和LED的寿命是成反比的，只有控制了光衰才真正达到了超长的寿命！,THE ENDTHANKS!,
