白色LED - 從釔鋁石榴石（YAG）熒光粉發出的“白色”光與藍色LED一起工作 - 是許多照明燈具核心的成熟技術。然而，一種名為遠程熒光粉的替代技術正在取得進展，因為它提供更高的功效。

與白光LED類似，該技術使用皇家藍LED作為光子泵，而不是將LED和熒光粉結合到一起在單個封裝中，器件通過分離這兩個關鍵元件來獲得優勢。

這確實使設計過程復雜化，因為工程師無需為單個供應商指定集成的LED/熒光粉封裝現在必須考慮兩個不同的部分。

此外，熟悉白光LED的工程師通過考慮諸如光通量（流明 - 流明）和功效（流明/瓦特）等參數來比較器件之間的比較。流明/瓦）。然而，比較離散的皇家藍色LED是不同的;制造商歷史上已經指定了LED的輻射通量（以毫瓦 - 瓦為單位）而不是發光度，并且效率已經讓位于效率（毫瓦/W-mW/W）。

本文對數據表進行了解碼皇家藍LED通過解釋在為遠程熒光粉應用選擇LED時應考慮的關鍵參數。

自然界短暫改變

根據英國圖書館和其他機構的調查結果在古典希臘文學中，沒有任何關于“藍色”的詞匯。希臘作家傾向于將大海描述為深色（紅色）葡萄酒色，天空為白色。學者們傾向于認為希臘人從未將藍色視為單獨的顏色，因為它在本質上是相對罕見的。因此，即使蔚藍的地中海人正盯著他們，他們也不認識藍色。

從他們對科學，數學，建筑和民主的貢獻來看，希臘人并非傻瓜。此外，事實證明，他們并不是唯一一個忽視藍色的人，因為人們在感知顏色方面一般都是天生的短暫變化。

圖1顯示了眼睛對不同波長的反應。電磁波譜的可見部分。視網膜中的顏色感應錐對波長為555nm（綠色）的光最敏感。這些特殊細胞的靈敏度迅速向光譜的藍色（和紅色）部分傾斜。例如，錐體對472 nm藍光的敏感度僅為555 nm綠光的10％。

圖1：人類作為電磁輻射波長函數的眼睛靈敏度。

高亮度LED制造商在設計產品時將人眼的反應作為主要考慮因素。他們意識到，如果設備將電能轉換為幾乎看不見的光波長，則沒什么用處。這就是為什么白色LED從中央藍色設備吸收藍光然后在很寬的可見波長范圍內重新發射它，包括一些綠色和紅色，以及大量的黃色。

圖2顯示了光譜來自高性能白光LED - 在這種情況下是歐司朗OSLON SSL設備 - 疊加在人眼的靈敏度功能（Vλ）上。請注意442 nm處的峰值對應于藍色LED直接發出的光線，該光線未受到熒光體斯托克斯位移的影響（參見TechZone文章“更白，更亮LED”）。

此峰值出現在人眼的靈敏度較差的位置，因此無法顯著提高設備的明顯“亮度”。對于今天的高功率LED，這種“浪費”的光不是一個大問題，因為它們會產生一個以555 nm為中心的次級峰 - 就在眼睛的靈敏度最高的地方。 （這不僅僅是一個快樂的巧合;制造商花費了大量研究資金“調整”他們的熒光粉，以確保在這個最佳點發光。）

圖2：歐司朗OSLON SSL白光LED的相對輸出與人眼靈敏度功能的比較。請注意，442 nm處的峰值（由于來自藍色LED的非斯托克斯移位光）出現在眼睛的靈敏度較差但次要峰值與高度敏感區域重合的位置。 （由OSRAM提供。）

白光LED的關鍵參數

在為照明項目選擇高性能白光LED時，工程師可以選擇。像Cree，OSRAM和首爾半導體這樣的公司生產的高效設備價格不斷下降。

制造商也使設備比較簡單。檢查數據表揭示了關鍵事實，如光通量（流明）和功效（流明/瓦特）。光通量是光源的可見光能量或表觀亮度的量度，因此考慮了眼睛的靈敏度函數。 （光通量與輻射通量不同，輻射通量是從光源發出的電磁輻射的總功率的量度，包括紅外線，可見光和紫外線。）

從純粹的科學考慮，那里有幾種方法可以測量光源的發光“功效”（即，達到所需結果的能力）。然而，由于我們關注的是主流照明，從工程角度來看，最有用的定義是發出的光通量（lm）與用于為光源供電的電功率（W）之比。

發光效率（lm/W）是LED的關鍵參數，因為它允許與其他形式的照明（如白熾燈和熒光燈）直接（通常是討人喜歡）比較（參見TechZone文章“材料和制造改進提高LED效率”）。該措施還考慮了產生熱量和非可見電磁輻射而不是可見光浪費的功率。

有了這些信息，工程師可以選擇適合幾乎任何應用的白色LED。例如，Cree的XLamp?XP-G2是現在照明工程師可以使用的典型設備。使用350 mA的驅動電流，XP-G2可以產生122流明的效率和124流明/瓦的功效。歐司朗和首爾半導體制造類似的同類產品。毫無疑問，效率超過120流明/瓦的LED正在迅速進入主流照明市場。傳統的白熾燈泡難以達到10至18 lm/W的效率。 LED也比緊湊型熒光燈（CFL）（35至60 lm/W）和熒光燈管（80至100 lm/W）更好。 1

效率，而不是功效

LED是一種新興技術，市場競爭激烈，因此芯片供應商互相宣傳，宣布技術改進，提高LED效率（見TechZone的文章“LED功效改善沒有顯示出減緩的跡象”。）

盡管如此，仍有很多工作要做。事實證明，白光LED的理論極限約為263 lm/W. 2 （順便提一下，任何光源的最高功效都是555 nm綠光 - 人眼的波長。最敏感 - 可達到683 lm/W. 3 ）

遠程熒光粉是一種越來越受歡迎的技術。該技術建立在倫斯勒理工學院的研究基礎之上，該研究表明，將熒光粉從藍色模具中移開可將效率提高多達30％（參見TechZone文章“遠程熒光粉提供白光LED替代品”）。可以使用商業解決方案將該概念以磷光盤或球體的形式付諸實踐。其中一種產品是來自Intematix的ChromaLit。

熒光盤必須與作為光子源的皇家藍色LED一起使用。有很多可供選擇，但對于只熟悉白光LED的設計人員而言，事情會讓人感到困惑。

皇家藍LED非常高效 - 大約50％的輸入功率轉換為光子 - 但是如上所述，人眼看不到大部分發射的輻射。因此，發光度非常低，大約為10到15流明，并且功效（就每瓦電能產生的可見光而言）同樣受到限制。

然而，光度差用于傳統白光LED和遠程熒光粉設計的皇家藍LED具有較小的后果，因為該裝置本身對照明裝置的整體照明貢獻很小。相反，LED充當光子泵，發射被磷光體吸收并在人眼最敏感的波長處重新發射的輻射流。熒光粉的亮度是最重要的，而不是LED光子泵的亮度。

Cree的皇家藍色XLamp XT-E LED（圖3）等設備的數據表不包括光通量的數字。相反，輸出定義為475 mW的輻射通量，并沒有提到功效;相反，制造商引用的效率為501 mW/W.同樣，歐司朗的皇家藍色OSLON SSX LED的額定輻射通量為160 mW，效率為346 mW/W. （請注意，此處的效率是過功率輸出時的無量綱（百分比）功率測量值。）

圖3：Cree的皇家藍XLamp XT-E LED適用于遠程熒光燈照明應用。

說明皇家藍色LED的輻射通量和效率 - 而不是光通量和功效 - 對于LED供應商來說并不是很明智，更像是公認的慣例。

< p>輻射通量決定了熒光粉可用于轉換的光子數。效率是衡量皇家藍LED將電能轉換為輻射通量的有效程度，并確定給定輸出的功耗。

最佳激發

用于白色的熒光粉LED和遠程熒光燈專門設計用于在人眼的“最佳點”周圍發光。然而，只有當可用于轉換的入射光子包含與熒光體激發頻率相匹配的非常窄的波段時，它們才能做到這一點。

圖4顯示YAG熒光粉的激發和發射光譜與皇家藍（470nm），綠色（520nm）和紅色（625nm）LED的發射光譜。可以看出，皇家藍色LED幾乎完全對應于磷光體的激發峰，而綠色具有有限的效果，紅色沒有影響。 4

圖4：YAG熒光粉的激發和發射光譜與皇家藍色，綠色和紅色LED的輸出相比。

可以看出YAG的激發強度（和隨后的發射強度）磷光體與入射光子的波長強烈相關。不幸的是，光子泵浦皇家藍LED的結溫確實會影響發射光子的波長。 （請注意，溫度對LED和熒光粉的轉換效率也會產生其他不利影響。）

圖5顯示了溫度升高如何改變藍色，綠色和紅色LED發出的光子的主要波長。工程師需要注意的重要事實是制造商指定所選皇家藍色LED的主波長（通常為80到90oC）的溫度，并設計夾具以確保模具不會超過此點（參見TechZone文章“LED熱管理的基礎知識”）。否則，最終設計的輸出將受到不利影響。

圖5：藍色，綠色和紅色LED的主波長與結溫的偏移。 （由首爾半導體公司提供。）

利用遠程熒光粉

白光LED是一種成熟且流行的技術，但固態照明繼續快速發展，主流照明的替代技術正在出現。遠程熒光粉的推動者聲稱，與在相同正向電流下運行的白光LED相比，它提供了15％至30％的功效改進。這引起了一些設計師的興趣。

那些設計師需要意識到單個LED/熒光粉封裝的便利性被單獨的皇家藍色LED和異形熒光盤取代。許多商用LED可用于遠程熒光粉設計，但是熟悉白光LED規格表對于為特定應用指定合適的皇家藍色設備幾乎沒有幫助。

相反，工程師需要比較其入選LED的輻射通量，效率和溫度穩定性決定了用于預期目的的最佳芯片。明智的選擇將在快速發展的領域實現卓越的設計。