2017-08-28 10:35:49
色溫影響LED的效率
色溫的選擇對(duì)照明效率有重要的影響，可以在現(xiàn)有照明規(guī)定的框架內(nèi)作為高效計(jì)劃照明解決方案的一個(gè)方法。色溫高的LED（例如5000K）通常比色溫低的（例如3000K）效率更高。圖1中的曲線圖顯示LED在顯色指數(shù)（CRI）Ra> 80的時(shí)候不同CCT值的光譜（或光譜功率分布 - SPD）。SPD曲線建立在人的靈敏度曲線Vλ上。
圖1. 曲線描繪了80-CRI LED在不同CCT值時(shí)的光譜功率分布。
為了讓LED產(chǎn)生白光，通常使用發(fā)射藍(lán)光的LED芯片。這些燈的一些光通過轉(zhuǎn)換器或磷光體轉(zhuǎn)換成較長波長（綠色、黃色和紅色光）的光，將所有這些顏色加在一起然后產(chǎn)生白光。但是轉(zhuǎn)換過程會(huì)有損耗，換光的波長越增加，損耗也越大，原因是較高能級(jí)（藍(lán)光）的光和較低能級(jí)的光（紅光）之間的能量差異被轉(zhuǎn)換為熱量。想要把損耗降到最低就需要精確計(jì)算轉(zhuǎn)換器的吸收和發(fā)射波長。
然而，簡化的情況就足以解釋基本原則。例如，對(duì)于3000K的暖色溫，需要轉(zhuǎn)換大量的紅光。然而，這個(gè)要求導(dǎo)致更大的損失，與4000K相比，降低了發(fā)光效率。對(duì)于5000K的高色溫，藍(lán)光只需轉(zhuǎn)換成綠光，不太需要轉(zhuǎn)換為紅光，這就是為什么比4000K的發(fā)光效率要增加。功效比較如圖2所示。
圖2.該曲線圖描繪了不同CCT在CRI Ra 80時(shí)的相對(duì)發(fā)光效率。
顯色對(duì)LED效率的影響
如上所述，選擇合適的轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換后，色譜的組成對(duì)LED的效率具有決定性的影響。 轉(zhuǎn)換器組合專為不同的CRI而開發(fā)，特別針對(duì)CRI以及效率進(jìn)行了優(yōu)化。 顯示紅色系時(shí)，CRI 70、80和90之間的差異可以非常清楚地看出。為了盡可能真實(shí)地再現(xiàn)這些色系，需要很高比例的長波光；換句話說，即光譜中紅色端的光。
圖3為4000K LED在不同CRI值時(shí)的SPD。CRI 90版本的紅色高比例可以清楚地看出。如上所述，產(chǎn)生這么高的比例就會(huì)涉及高損耗。此外，產(chǎn)生的大部分紅色能量明顯超出了人眼Vλ的靈敏度曲線，這導(dǎo)致發(fā)光效率進(jìn)一步降低。不同色溫對(duì)LED發(fā)光效率的影響在±5％的范圍內(nèi)，不同值下CRI的影響通常在±15％的范圍內(nèi)（圖4）。
圖3. 曲線描繪了4000K-CCT LED在不同CRI值時(shí)的SPD。
圖4.該圖描繪了在4000K下不同顯色值（CRI Ra）的相對(duì)發(fā)光效率。
然而，選擇LED的色溫和CRI會(huì)受到規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和特定應(yīng)用的特殊要求的限制。常規(guī)照明技術(shù)也可以看到類似的效果。
LED效率可調(diào)
與常規(guī)光源相比，LED光電半導(dǎo)體提供了另外的尺寸，燈具制造商可以在應(yīng)用特定的基礎(chǔ)上調(diào)整和設(shè)置效率或發(fā)光效率，即電流密度。
LED通常根據(jù)某一工作電流的亮度和顏色進(jìn)行分組。對(duì)于特定的分組條件，因此可以通過改變電流密度來調(diào)整適合于應(yīng)用和期望達(dá)到發(fā)光效能水平的效率。
例如，如果在指定的分組電流下采用130 lm/W發(fā)光效能的LED，可以將工作電流降低到40％，最終會(huì)使發(fā)光效率提高20％至156 lm/W. 如果工作電流增加到140％，發(fā)光效率將降低10％，至117 lm/W。表1總結(jié)了可變電流密度的情況。
表1.電流密度的變化具有相應(yīng)的功效影響。
表2.基于兩個(gè)不同LED的理論，產(chǎn)品開發(fā)人員在LED系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)面臨權(quán)衡。
效率曲線還取決于其他參數(shù)，例如工作溫度或需要滿足的最大工作條件。在這兩點(diǎn)上，LED的絕對(duì)光通量會(huì)自然變化。 我們將在下一節(jié)中仔細(xì)看看這個(gè)效果。
使用更有效的LED來降低系統(tǒng)成本
在發(fā)展過程中，LED變得更加明亮，因此效率也越來越高。但是，一些應(yīng)用不一定需要更高的效率。那么，為什么對(duì)更亮的LED有這么大的需求呢？ 毫無疑問，一個(gè)原因是更高效的LED可以在固態(tài)照明系統(tǒng)級(jí)別上顯著降低成本。
來看一個(gè)例子。為了進(jìn)行以下比較，假設(shè)要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)效率和光通量為100％的產(chǎn)品。在這里可以選擇兩個(gè)LED中的一個(gè)：亮度為100％的LED 1，亮度為110％的更有效的LED 2。圖5和圖6以圖形方式描繪了兩個(gè)LED在系統(tǒng)級(jí)操作條件下的情況。
使用帶有LED 1的系統(tǒng)A作為參考。在正常工作電流為100％時(shí)，該系統(tǒng)的相對(duì)效率為100％，相對(duì)光通量值為100％。系統(tǒng)所需的LED的相對(duì)數(shù)量也是100％。
如果使用LED 2，可以實(shí)現(xiàn)圖5中的系統(tǒng)B。在這個(gè)系統(tǒng)中，在相同電流下操作LED，并使用相同數(shù)量的LED。因此，系統(tǒng)B的效率和亮度提高了10％。更亮可以是燈具的賣點(diǎn)，或者可以為燈具制造商更改操作參數(shù)的提供選項(xiàng)。
圖5.該圖描繪工作電流變化時(shí)，發(fā)光效率也發(fā)生變化。
圖6.該曲線圖顯示光通量相對(duì)于工作電流的變化。
如果在系統(tǒng)層面不需要提高效率，也許是因?yàn)橄到y(tǒng)已經(jīng)達(dá)到能效等級(jí)的閾值，可以通過增加電流密度將效率從110％降低到100％。這意味著加上最初的10％之外，新系統(tǒng)C將會(huì)更加明亮，由于與系統(tǒng)A效率相同，亮度水平比系統(tǒng)A高42％。
但是假如應(yīng)用可能不需要更大的光通量輸出。表2總結(jié)了這種場景并提出了一個(gè)System D的選項(xiàng)。因?yàn)橄到y(tǒng)C比系統(tǒng)A亮得多，所以可以選擇減少LED的數(shù)量。系統(tǒng)D使用系統(tǒng)A中70％的LED數(shù)量，從而顯著降低了系統(tǒng)的成本。
這個(gè)例子可以非常容易地應(yīng)用于具有大量LED的系統(tǒng)中。如果可以減少光通量封裝，并且可以使用具有較小芯片的封裝LED，那么也可以用于單LED系統(tǒng)。每種情況的節(jié)省水
平取決于各種其他參數(shù)，并可能會(huì)根據(jù)工作點(diǎn)而有所不同。
這里給出的這些例子表明，色溫以及CRI對(duì)LED的發(fā)光效率有顯著的影響。具體來說，色溫越高，發(fā)光效率越高；CRI越高，發(fā)光效率越低。在這方面，LED和常規(guī)光源之間的關(guān)鍵區(qū)別在于可以通過工作電流調(diào)節(jié)LED的效率。由于可以大幅節(jié)省LED成本，因此在選擇LED系統(tǒng)時(shí)應(yīng)充分考慮。
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