白光LED的原理以及與功率白光LED的比較
真正發(fā)射白光的LED是不存在的。這樣的器件非常難以制造,因為LED的特點是只發(fā)射一個波長。白色并不出現(xiàn)在色彩的光譜上;一種替代的方法是,利用不同波長合成白色光。
原理
一種方式是藍(lán)光LED發(fā)光二極管激發(fā)黃色熒光粉產(chǎn)生白光,另一種方式是紫外光LED激發(fā)RGB三波長螢光粉來產(chǎn)生白光。許多廠商主要從事白光LED的研究,通常都先從藍(lán)光LED開始研發(fā)及量產(chǎn),有了藍(lán)光 LED的技術(shù)之后再開始研發(fā)白光LED,然而目前最常用藍(lán)光LED激發(fā)黃色螢光粉來產(chǎn)生白光,但是用藍(lán)光LED來發(fā)白光的方式的發(fā)光效率仍然不足,許多廠 商開始向另外一個方向就是往紫外光LED來發(fā)展,利用紫外光LED加RGB三波長螢光粉來達(dá)到白光的效果,其發(fā)光效率比藍(lán)光好上許多。而紫外光LED加 RGB三波長螢光粉的方法,則關(guān)鍵技術(shù)在高效率的熒光體合成法,也就是如何把熒光粉有效的附著在晶粒上的一項技術(shù)。
與功率白光LED的比較
近年來隨著大功率白光LED封裝技術(shù)的發(fā)展,可通過減小白光LED結(jié)點與插腳間的熱阻抗,把封裝外殼做成扁平狀、縮短結(jié)點與插腳之間的距離來縮短傳 輸?shù)木嚯x。同時,引線支架的直徑更大,引腳增大,并使用熱傳導(dǎo)性能較好的材料制作,能使熱量更快地散發(fā)出來。使用耐高溫的環(huán)氧樹脂,解決了高溫和散熱問 題,因此可以利用大芯片進(jìn)行封裝,致使其工作電流可由一般的20mA增大到350mA、700mA甚至1000mA,其功率可以達(dá)1W、3W甚至5W。這 種封裝結(jié)構(gòu)的輻射視角很寬,因此該白光LED的光學(xué)效率也較高。所以,信號燈中使用的白光LED只需十幾只,甚至幾只。常規(guī)白光LED與功率白光LED在 信號燈中應(yīng)用的比較結(jié)果如下:
①所用材料不同。一般白光LED使用環(huán)氧樹脂作為安裝板,而功率白光LED需要使用鋁基線路板(MCPCB)。
②生產(chǎn)工藝不同。一般白光LED使用波峰焊或手工焊均可,而功率白光LED需要使用貼片焊機(jī)。
③配套的電子元件不同。因為焊接工藝不同,所以與一般白光LED配套的電子元件也是需要使用波峰焊或手工焊的一般元件,而與功率白光LED配套的電子元件都是貼片元件。
④自動化程度不一樣。由于生產(chǎn)工藝不一樣,貼片式生產(chǎn)的自動化程度高,可以使用流水化生產(chǎn)線;而一般白光LED和一般元件由于外觀、結(jié)構(gòu)差異較大,因此有相當(dāng)一部分工作(如插管等)都需手工完成。這樣導(dǎo)致兩者的加工質(zhì)量也不一樣。
⑤加工性能保障不一樣。由于靜電防護(hù)等措施是影響白光LED使用壽命的重要因素,而一般白光LED生產(chǎn)的自動化程度不高,因此靜電防護(hù)等措施比較難以實施。而功率白光LED的生產(chǎn)工藝比較容易保證其完好性。
⑥集成化程度不一樣。由于功率白光LED采用貼片式工藝,因此其電子元件可以高度集成化,可以把燈板和電源等都做得很小,而一般白光LED及其配套元件難以實現(xiàn)這一目標(biāo)。
⑦結(jié)構(gòu)設(shè)計要求不同。雖然一般白光LED的功率小,單只白光LED發(fā)熱少(當(dāng)然這些白光LED承受發(fā)熱的能力也低,散熱效果也差),但其分布在整個發(fā)光面 內(nèi),因此其散熱方面的改善措施難以實施。而功率白光LED相對集中,又是使用貼片工藝安裝在鋁基板上,因此容易設(shè)計散熱器,可把白光LED燈板直接安裝在 上面以改善其散熱效果。
⑧配光設(shè)計要求不一樣。一般白光LED因為使用的管數(shù)多,且均勻分布在整個發(fā)光區(qū)域內(nèi),因此配光時需要針對白光LED一一對應(yīng)。而功率白光LED管數(shù)使用得 較少,一般300mm信號燈使用12只甚至8只LED就可達(dá)到要求,因此把整個燈板置于發(fā)光面的軸心附近,在配光時近似地將其當(dāng)作集中光源來進(jìn)行設(shè)計。
⑨使用效果不一樣。一般白光LED由于發(fā)出的光分布在整個發(fā)光表面的范圍內(nèi),相互之間的間距較大,因此投射在發(fā)光表面的效果是能比較明顯地看出點狀分布的發(fā) 光光源。并且由于白光LED光源本身光強(qiáng)分布中存在強(qiáng)弱,加上封裝中經(jīng)常存在光斑不均勻現(xiàn)象,整個發(fā)光表面勢必存在明暗之分,同時配光時采用的是一一對應(yīng) 的方式,因此在有一個或一串白光LED失效的情況下會出現(xiàn)暗斑,從而影響整個信號燈的光效和圖形。而大功率白光LED由于相對比較集中,在配光時也近似地 當(dāng)作集中光源進(jìn)行處理,因此上述缺陷均能避免。
⑩使用壽命不一樣。由于功率白光LED具有以下特點,因此可以延長使用壽命。
1) 管數(shù)少,支路少,因此容易使用支路恒流的電源,保證各只白光LED有著相同的供電環(huán)境,即使其中個別失效,也不會影響到其他白光LED的供電電流。
2) 散熱效果好,節(jié)點溫度相對就會降低,因此壽命就會延長。
3) 允許工作電流較大,是一般白光LED的十幾倍,因此電流控制波動幾個毫安,對大功率白光LED根本不會造成影響。所以,它對電源精確控制的依賴性較小,也有利于延長使用壽命。