不同驅(qū)動(dòng)模式下白光LED光色電性能分析

2015-01-22 20:18霍東旭鄢波隋成華郭雄彬沈煜

光學(xué)儀器 2014年6期

霍東旭+鄢波+隋成華+郭雄彬+沈煜

摘要：采用脈沖和直流兩種驅(qū)動(dòng)模式分別驅(qū)動(dòng)同一批次的白光LED燈珠，對(duì)比分析了在“視覺亮度”一致時(shí)兩種情況下的光色電性能，并研究了人眼視覺惰性對(duì)白光LED性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，在低脈沖占空比下，脈沖驅(qū)動(dòng)LED的電流和發(fā)光效率比直流驅(qū)動(dòng)的低，并且隨著占空比的增加，兩者的差值逐漸減小并趨于相等；當(dāng)脈沖占空比高于70%時(shí)，兩者驅(qū)動(dòng)電流的差值增加，而脈沖驅(qū)動(dòng)的發(fā)光效率卻高于直流驅(qū)動(dòng)的發(fā)光效率。此外，相比直流驅(qū)動(dòng)，高脈沖電流驅(qū)動(dòng)下的LED的發(fā)光更接近等能白光，進(jìn)而增強(qiáng)了人眼對(duì)LED發(fā)光亮度的刺激響應(yīng)，有效地提高了人眼的“視覺亮度”。

關(guān)鍵詞：脈沖驅(qū)動(dòng)；視覺亮度；光效；色純度

中圖分類號(hào)： TN 383.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2014.06.008

引言作為替代白熾燈、熒光燈的新一代光源，白光LED以其節(jié)能、環(huán)保、長壽命、體積小等優(yōu)點(diǎn)而得到國內(nèi)外研究者的普遍關(guān)注，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在信號(hào)指示燈、家庭照明、室外照明、手機(jī)背光等領(lǐng)域。然而，要實(shí)現(xiàn)LED在通用照明領(lǐng)域的更多突破，LED自身的一些問題亟需得到解決，例如成本過高、發(fā)光效率不高、散熱問題等[1]。LED芯片的節(jié)能、長壽命和可靠性需要合理的驅(qū)動(dòng)方式來實(shí)現(xiàn)，目前大多數(shù)LED是采用恒流驅(qū)動(dòng)。最近，Bath大學(xué)的學(xué)者發(fā)現(xiàn)，利用脈沖驅(qū)動(dòng)可以提高LED的量子效率和電流密度飽和點(diǎn)。Jinno等[2]提出了可以提高人眼“視覺亮度”的新型脈沖驅(qū)動(dòng)方式。與恒流驅(qū)動(dòng)相比，脈沖驅(qū)動(dòng)可以在保持電壓不變的情況下，通過調(diào)整脈沖占空比靈活改變LED的色彩和飽和度。本實(shí)驗(yàn)采用1 W大功率白光LED作為研究對(duì)象，分別在直流和脈沖兩種驅(qū)動(dòng)模式下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)比分析了白光LED在不同驅(qū)動(dòng)模式下的性能差異。解釋了脈沖驅(qū)動(dòng)能夠提高“視覺亮度”的機(jī)制，為脈沖驅(qū)動(dòng)的實(shí)際應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)支持。1實(shí)驗(yàn)裝置與過程輸出的方波脈沖信號(hào)可以通過調(diào)節(jié)數(shù)字信號(hào)發(fā)生器的頻率、電位、幅度和占空比得到，當(dāng)脈沖信號(hào)穩(wěn)定后，示波器記錄下電路的總電壓波形圖和小電阻兩端的電壓波形圖。為了能夠得到可靠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)中采用同一批次的1 W大功率LED燈珠作為測(cè)試樣品。其中燈珠的電壓為3.0～3.4 V，色溫為3 200～3 500 K，并且在暗室中分別以直流和脈沖電源驅(qū)動(dòng)樣品[3]。為了方便實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中不改變脈沖驅(qū)動(dòng)LED的參數(shù)，而是調(diào)節(jié)直流驅(qū)動(dòng)LED的電壓值。當(dāng)20名觀察者認(rèn)為兩者亮度相同時(shí)，記錄其電流和電壓值，得到平均電流值。在此平均電流驅(qū)動(dòng)下，測(cè)量其光效、色純度，與脈沖驅(qū)動(dòng)下的參數(shù)作對(duì)比。白光LED光色電性能是采用光譜分析儀、數(shù)字電參數(shù)測(cè)量?jī)x和直徑為0.3 m的積分球測(cè)量獲得的。為了能夠在脈沖驅(qū)動(dòng)下得到LED的峰值電流，在電路中串聯(lián)了一個(gè)采樣小電阻，具體的實(shí)驗(yàn)電路裝置圖如圖1所示。

與參考文獻(xiàn)[3]中不同，本實(shí)驗(yàn)將兩個(gè)電壓信號(hào)輸入示波器同一個(gè)界面，調(diào)節(jié)示波器，使顯示的兩個(gè)波形圖同步同相位。這樣，可以更加準(zhǔn)確地測(cè)試出經(jīng)過LED的瞬時(shí)峰值電流，避免了在示波器測(cè)試過程中，因?yàn)殡娖讲辉谕晃恢枚鸬恼`差，記錄的脈沖電壓信號(hào)如圖2所示。白光LED發(fā)光穩(wěn)定后，白光LED兩端的電壓可以通過示波器記錄的兩電壓通道的差值得到，LED的峰值電流可以通過小電阻兩端電壓與其阻值的比值求出，從而計(jì)算得到脈沖白光LED的平均電流IP=URRD=I0D（1）

3結(jié)論對(duì)同一批次規(guī)格參數(shù)完全相同的白光LED，利用脈沖和直流兩種驅(qū)動(dòng)模式驅(qū)動(dòng)。在“視覺亮度”一致時(shí)，對(duì)比其光色電性能。發(fā)現(xiàn)在脈沖驅(qū)動(dòng)情況下，白光 LED的峰值波長發(fā)生藍(lán)移，色純度降低使其接近等能白光，增強(qiáng)了對(duì)人眼的亮度刺激響應(yīng)。同時(shí)結(jié)合人眼視覺惰性的特性，對(duì)脈沖驅(qū)動(dòng)在占空比比較低時(shí)，雖然LED驅(qū)動(dòng)電流明顯比直流驅(qū)動(dòng)情況下要小，但卻能與其達(dá)到相同的“視覺亮度”做了理論分析。

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