1、LED光源的光學(xué)特性

目前使用的 LED 照明光源，絕大部分采用的是450nm左右的藍(lán)光激發(fā) YAG 熒光粉而產(chǎn)生的白光。熒光粉的配比和顆粒大小是影響白光 LED 的關(guān)鍵材料，它同時(shí)決定了光譜特性，也影響到成品的色溫和光效。白光LED的光譜特性、顯色指數(shù)和光效與 YAG 熒光粉、驅(qū)動(dòng)電流相關(guān)，改變其中任意一項(xiàng)，都可以改變它的色溫，其光譜特性曲線也就發(fā)生變化。

色溫為3000K、4500K和6500K的白光LED光譜特性如圖1所示，從這三份測(cè)試報(bào)告可見(jiàn)顯色指數(shù)最高的為6500K色溫產(chǎn)品；光效最高的也為6500K產(chǎn)品。而顯色指數(shù)最低的為3000K色溫產(chǎn)品，光效最低的是4500K測(cè)試樣品。這一組測(cè)試參數(shù)，說(shuō)明LED光源的情況與傳統(tǒng)光源不同，熒光粉的顆粒粗細(xì)程度、電流驅(qū)動(dòng)大小等都與光學(xué)參數(shù)相關(guān)，每一細(xì)小的變化都會(huì)影響到最終參數(shù)。

圖1：不同色溫白光 LED 的光譜特性。

為了進(jìn)一步了解LED照明的特性，我們對(duì)部分照明用LED光源進(jìn)行光輸出能量與色溫關(guān)系的分析，如圖2所示。

圖2：LED 光輸出能量與色溫的關(guān)系。

從圖2我們可以看到，同樣功率的LED照明產(chǎn)品，隨著色溫的提高，光輸出能量也有所提高。

2、散熱問(wèn)題

LED 照明光源所產(chǎn)生的熱量雖然小于傳統(tǒng)光源所產(chǎn)生的熱量，但是仍然有很大一部分轉(zhuǎn)換為熱量，根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，20W以下的 LED 照明產(chǎn)品大約70%~75%的電功率轉(zhuǎn)換為熱能，對(duì)于大功率 LED 照明燈，大約70%的功率轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，并且發(fā)熱集中，導(dǎo)致 PN結(jié)溫度急劇升高。發(fā)熱量與色溫的關(guān)系如圖3所示。

圖3：發(fā)熱量與色溫的關(guān)系。

散熱設(shè)計(jì)要對(duì)最高結(jié)溫進(jìn)行限制。為了保證 LED 的使用壽命、光譜特性及光衰等，需要將 LED 的結(jié)溫控制在80℃以下。

3、電源驅(qū)動(dòng)

圖4為某型號(hào)藍(lán)光 LED 的伏安特性曲線，通過(guò)曲線可以看到，如果采用穩(wěn)壓電源供電，當(dāng)施加在發(fā)光二極管兩端的電壓在3.0~3.6V波動(dòng)時(shí)，它的電流波動(dòng)范圍為12.5~35mA。假定該 LED 正常工作應(yīng)為12.5mA@3V，驅(qū)動(dòng)功率則為37.5mW。當(dāng)電壓波動(dòng)到3.6V時(shí)，它的工作電流便會(huì)升高到35mA，這樣功率就加大到了126mW，驅(qū)動(dòng)功率提高了2.36倍，不但對(duì)電源的過(guò)載能力要求高，而且會(huì)損壞 LED，因此 LED 照明不能采用穩(wěn)壓電路供電，否則會(huì)造成 LED 的光衰加速或損毀。

圖4：發(fā)光二極管伏安特性曲線。

采用恒流驅(qū)動(dòng)方式，是比較理想的 LED 驅(qū)動(dòng)方式，能避免由于 LED 正向電壓的改變而引起電流變化。同時(shí)，恒定的電流使 LED 的亮度穩(wěn)定，減少了驅(qū)動(dòng)功率的冗余度。但是這會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器的成本大幅度增加。

4、燈具配光

隨著 LED 照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，白光 LED 照明產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的研發(fā)人員已經(jīng)將照明用大功率 LED 結(jié)構(gòu)（如圖5所示）進(jìn)行了改進(jìn)。通過(guò)一次配光產(chǎn)生一定的光束角，再根據(jù) LED 光源一次配光所產(chǎn)生的光束，對(duì)燈具進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)行二次配光，最終使光束角得以擴(kuò)大。

圖5：LED 結(jié)構(gòu)圖。

從傳統(tǒng)熒光燈和 LED 支架熒光燈照度均勻度對(duì)比測(cè)試（如圖6所示）的(a)曲線可以看出，在1.6m高度情況下，LED 支架熒光燈中心的照度要高于1.95m處照度1.5倍以上，且隨著高度的升高，均勻度提高，達(dá)到3m高度時(shí)，基本處于均勻狀態(tài)。LED 支架熒光燈在經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)后，解決了很大一部分初期產(chǎn)品的指向性問(wèn)題和眩光問(wèn)題，但是由于 LED 發(fā)光二極管的本身特性，在保證高光效和節(jié)能的前提下，指向性問(wèn)題無(wú)法全部消除。在1.95m高度情況下，中心照度與邊緣照度相差40lx左右，雖然人眼很難識(shí)別，但不可能完全達(dá)到傳統(tǒng)熒光燈的無(wú)指向性水平，且垂直高度低于2m情況下更為明顯。

圖6：傳統(tǒng)熒光燈和 LED 支架熒光燈照度均勻度對(duì)比測(cè)試。

以18W普通熒光燈作為對(duì)比，圖6(b)從普通照明實(shí)際使用情況分析，無(wú)論是在辦公場(chǎng)合還是商廈的普通照明，其垂直空間均在2m或2m以上，且不可能僅安裝單只熒光燈，燈與燈之間的間隔，一般在2m左右，因此會(huì)有一個(gè)互補(bǔ)。

在不考慮燈具的情況下，以1.95m高度為例，無(wú)論是LED還是傳統(tǒng)熒光燈，在與中心軸垂直1m處的照度與中心點(diǎn)照度差值均在15lx左右，利用燈與燈的照度互補(bǔ)，LED可以達(dá)到傳統(tǒng)熒光燈照度的均勻水平。