为远程荧光粉应用选择LED时需考虑哪些因素

白色LED - 从钇铝石榴石（YAG）荧光粉发出的“白色”光与蓝色LED一起工作 - 是许多照明灯具核心的成熟技术。然而，一种名为远程荧光粉的替代技术正在取得进展，因为它提供更高的功效。

与白光LED类似，该技术使用皇家蓝LED作为光子泵，而不是将LED和荧光粉结合到一起在单个封装中，器件通过分离这两个关键元件来获得优势。

这确实使设计过程复杂化，因为工程师无需为单个供应商指定集成的LED/荧光粉封装现在必须考虑两个不同的部分。

此外，熟悉白光LED的工程师通过考虑诸如光通量（流明 - 流明）和功效（流明/瓦特）等参数来比较器件之间的比较。流明/瓦）。然而，比较离散的皇家蓝色LED是不同的;制造商历史上已经指定了LED的辐射通量（以毫瓦 - 瓦为单位）而不是发光度，并且效率已经让位于效率（毫瓦/W-mW/W）。

本文对数据表进行了解码皇家蓝LED通过解释在为远程荧光粉应用选择LED时应考虑的关键参数。

自然界短暂改变

根据英国图书馆和其他机构的调查结果在古典希腊文学中，没有任何关于“蓝色”的词汇。希腊作家倾向于将大海描述为深色（红色）葡萄酒色，天空为白色。学者们倾向于认为希腊人从未将蓝色视为单独的颜色，因为它在本质上是相对罕见的。因此，即使蔚蓝的地中海人正盯着他们，他们也不认识蓝色。

从他们对科学，数学，建筑和民主的贡献来看，希腊人并非傻瓜。此外，事实证明，他们并不是唯一一个忽视蓝色的人，因为人们在感知颜色方面一般都是天生的短暂变化。

图1显示了眼睛对不同波长的反应。电磁波谱的可见部分。视网膜中的颜色感应锥对波长为555nm（绿色）的光最敏感。这些特殊细胞的灵敏度迅速向光谱的蓝色（和红色）部分倾斜。例如，锥体对472 nm蓝光的敏感度仅为555 nm绿光的10％。

图1：人类作为电磁辐射波长函数的眼睛灵敏度。

高亮度LED制造商在设计产品时将人眼的反应作为主要考虑因素。他们意识到，如果设备将电能转换为几乎看不见的光波长，则没什么用处。这就是为什么白色LED从中央蓝色设备吸收蓝光然后在很宽的可见波长范围内重新发射它，包括一些绿色和红色，以及大量的黄色。

图2显示了光谱来自高性能白光LED - 在这种情况下是欧司朗OSLON SSL设备 - 叠加在人眼的灵敏度功能（Vλ）上。请注意442 nm处的峰值对应于蓝色LED直接发出的光线，该光线未受到荧光体斯托克斯位移的影响（参见TechZone文章“更白，更亮LED”）。

此峰值出现在人眼的灵敏度较差的位置，因此无法显着提高设备的明显“亮度”。对于今天的高功率LED，这种“浪费”的光不是一个大问题，因为它们会产生一个以555 nm为中心的次级峰 - 就在眼睛的灵敏度最高的地方。 （这不仅仅是一个快乐的巧合;制造商花费了大量研究资金“调整”他们的荧光粉，以确保在这个最佳点发光。）

图2：欧司朗OSLON SSL白光LED的相对输出与人眼灵敏度功能的比较。请注意，442 nm处的峰值（由于来自蓝色LED的非斯托克斯移位光）出现在眼睛的灵敏度较差但次要峰值与高度敏感区域重合的位置。 （由OSRAM提供。）

白光LED的关键参数

在为照明项目选择高性能白光LED时，工程师可以选择。像Cree，OSRAM和首尔半导体这样的公司生产的高效设备价格不断下降。

制造商也使设备比较简单。检查数据表揭示了关键事实，如光通量（流明）和功效（流明/瓦特）。光通量是光源的可见光能量或表观亮度的量度，因此考虑了眼睛的灵敏度函数。 （光通量与辐射通量不同，辐射通量是从光源发出的电磁辐射的总功率的量度，包括红外线，可见光和紫外线。）

从纯粹的科学考虑，那里有几种方法可以测量光源的发光“功效”（即，达到所需结果的能力）。然而，由于我们关注的是主流照明，从工程角度来看，最有用的定义是发出的光通量（lm）与用于为光源供电的电功率（W）之比。

发光效率（lm/W）是LED的关键参数，因为它允许与其他形式的照明（如白炽灯和荧光灯）直接（通常是讨人喜欢）比较（参见TechZone文章“材料和制造改进提高LED效率”）。该措施还考虑了产生热量和非可见电磁辐射而不是可见光浪费的功率。

有了这些信息，工程师可以选择适合几乎任何应用的白色LED。例如，Cree的XLamp®XP-G2是现在照明工程师可以使用的典型设备。使用350 mA的驱动电流，XP-G2可以产生122流明的效率和124流明/瓦的功效。欧司朗和首尔半导体制造类似的同类产品。毫无疑问，效率超过120流明/瓦的LED正在迅速进入主流照明市场。传统的白炽灯泡难以达到10至18 lm/W的效率。 LED也比紧凑型荧光灯（CFL）（35至60 lm/W）和荧光灯管（80至100 lm/W）更好。 1

效率，而不是功效

LED是一种新兴技术，市场竞争激烈，因此芯片供应商互相宣传，宣布技术改进，提高LED效率（见TechZone的文章“LED功效改善没有显示出减缓的迹象”。）

尽管如此，仍有很多工作要做。事实证明，白光LED的理论极限约为263 lm/W. 2 （顺便提一下，任何光源的最高功效都是555 nm绿光 - 人眼的波长。最敏感 - 可达到683 lm/W. 3 ）

远程荧光粉是一种越来越受欢迎的技术。该技术建立在伦斯勒理工学院的研究基础之上，该研究表明，将荧光粉从蓝色模具中移开可将效率提高多达30％（参见TechZone文章“远程荧光粉提供白光LED替代品”）。可以使用商业解决方案将该概念以磷光盘或球体的形式付诸实践。其中一种产品是来自Intematix的ChromaLit。

荧光盘必须与作为光子源的皇家蓝色LED一起使用。有很多可供选择，但对于只熟悉白光LED的设计人员而言，事情会让人感到困惑。

皇家蓝LED非常高效 - 大约50％的输入功率转换为光子 - 但是如上所述，人眼看不到大部分发射的辐射。因此，发光度非常低，大约为10到15流明，并且功效（就每瓦电能产生的可见光而言）同样受到限制。

然而，光度差用于传统白光LED和远程荧光粉设计的皇家蓝LED具有较小的后果，因为该装置本身对照明装置的整体照明贡献很小。相反，LED充当光子泵，发射被磷光体吸收并在人眼最敏感的波长处重新发射的辐射流。荧光粉的亮度是最重要的，而不是LED光子泵的亮度。

Cree的皇家蓝色XLamp XT-E LED（图3）等设备的数据表不包括光通量的数字。相反，输出定义为475 mW的辐射通量，并没有提到功效;相反，制造商引用的效率为501 mW/W.同样，欧司朗的皇家蓝色OSLON SSX LED的额定辐射通量为160 mW，效率为346 mW/W. （请注意，此处的效率是过功率输出时的无量纲（百分比）功率测量值。）

图3：Cree的皇家蓝XLamp XT-E LED适用于远程荧光灯照明应用。

说明皇家蓝色LED的辐射通量和效率 - 而不是光通量和功效 - 对于LED供应商来说并不是很明智，更像是公认的惯例。

< p>辐射通量决定了荧光粉可用于转换的光子数。效率是衡量皇家蓝LED将电能转换为辐射通量的有效程度，并确定给定输出的功耗。

最佳激发

用于白色的荧光粉LED和远程荧光灯专门设计用于在人眼的“最佳点”周围发光。然而，只有当可用于转换的入射光子包含与荧光体激发频率相匹配的非常窄的波段时，它们才能做到这一点。

图4显示YAG荧光粉的激发和发射光谱与皇家蓝（470nm），绿色（520nm）和红色（625nm）LED的发射光谱。可以看出，皇家蓝色LED几乎完全对应于磷光体的激发峰，而绿色具有有限的效果，红色没有影响。 4

图4：YAG荧光粉的激发和发射光谱与皇家蓝色，绿色和红色LED的输出相比。

可以看出YAG的激发强度（和随后的发射强度）磷光体与入射光子的波长强烈相关。不幸的是，光子泵浦皇家蓝LED的结温确实会影响发射光子的波长。 （请注意，温度对LED和荧光粉的转换效率也会产生其他不利影响。）

图5显示了温度升高如何改变蓝色，绿色和红色LED发出的光子的主要波长。工程师需要注意的重要事实是制造商指定所选皇家蓝色LED的主波长（通常为80到90oC）的温度，并设计夹具以确保模具不会超过此点（参见TechZone文章“LED热管理的基础知识”）。否则，最终设计的输出将受到不利影响。

图5：蓝色，绿色和红色LED的主波长与结温的偏移。 （由首尔半导体公司提供。）

利用远程荧光粉

白光LED是一种成熟且流行的技术，但固态照明继续快速发展，主流照明的替代技术正在出现。远程荧光粉的推动者声称，与在相同正向电流下运行的白光LED相比，它提供了15％至30％的功效改进。这引起了一些设计师的兴趣。

那些设计师需要意识到单个LED/荧光粉封装的便利性被单独的皇家蓝色LED和异形荧光盘取代。许多商用LED可用于远程荧光粉设计，但是熟悉白光LED规格表对于为特定应用指定合适的皇家蓝色设备几乎没有帮助。

相反，工程师需要比较其入选LED的辐射通量，效率和温度稳定性决定了用于预期目的的最佳芯片。明智的选择将在快速发展的领域实现卓越的设计。