使用LED生成白光的方法有兩種:混合紅色,綠色和藍色(RGB)芯片的發射(參見TechZone文章“通過添加 - 不減去顏色來創建白光”)或組合帶有黃色熒光粉的藍色設備(參見TechZone文章“更白,更亮的LED”)。這兩種方法都運行良好,但后者更受歡迎,因為該系統具有更高的功效。但是,結合RGB LED的優勢在于它允許制造商引入可調色的固態照明,從而使消費者能夠快速輕松地改變房間的氛圍。例如,臥室的照明可以從黃白色變為粉紅色,以鼓勵睡眠。但是,盡管RGB LED照明具有顏色可調的性質,但在效果之前它可能仍然是新奇的。綠色LED的顏色與藍色和紅色設備的顏色相匹配,因為消費者不太可能僅為了花哨的照明而損害他們的電費。幸運的是,變革正在進行中。制造商,尤其是Philips Lumileds,正在推出新穎的解決方案,克服綠色LED的缺點,并將RGB LED照明轉變為實用主張。
量子效率低
基于RGB LED的產品可能會獲得一些市場份額顏色可調性的“有趣因素”,就目前的形式而言,它們不會挑戰藍色LED/黃色熒光粉白光LED用于主流照明應用,因為它們的功效較低。
功效(lm/W)是神圣的用于LED制造商的Grail因為它是固態照明和傳統照明之間的主要區別(參見TechZone文章“大功率LED的下一步是什么?”)。 LED現在已經過優化,它們甚至開始挑戰甚至熒光燈管(其效率為50到100流明/瓦)。 Cree最近推出了Xlamp XM-L系列的白光LED,產生123流明/瓦(正向電壓為2.9 V,正向電流為700毫安)。
RGB LED功效的主要阻力是綠色設備。綠色LED的外部量子效率(EQE)約為25%,而藍色和紅色設備的峰值功率轉換效率分別超過81%和70%。歐司朗采用OSLON SSL系列制造640 nm紅色LED,效率為487 mW/W(2.55 V,350 mA)。由于技術原因,藍色和紅色LED的效率采用mW/m的輻射測量進行表征W而不是用于綠色和白色LED的lm/W的常用功效測量(參見TechZone文章“Royal Blue LED:解碼數據表”)。同樣,Cree的Xlamp XT-E系列458 nm皇家藍LED產生489 mW/W(2.85 V,350 mA)。
綠色LED難以達到其他類型LED效率的原因很復雜,但是對于基于鋁鎵銦磷化物(AlInGaP)半導體的芯片,問題歸結為這樣的事實:由于相對較低的頻帶,改變半導體的成分使其在光譜的綠色部分中發射導致載流子限制不足。材料系統的差距。換句話說,電子泄漏而不是與空穴輻射重新組合以釋放光子。
兩種不同的挑戰面向基于氮化鋁鎵(AlGaN)系統的芯片。首先,綠色AlGaN LED具有極高的內部壓電場。因此,對于給定電流,盡管帶隙較低,但必須施加的電壓高于其他顏色。高驅動電壓降低了功率轉換效率。其次,綠色LED受到效率下降的困擾,內部量子效率隨著電流密度的增加而穩定下降。所有LED都出現下垂,但其在綠色設備中的影響要大得多,導致常見工作電流的效率低(參見TechZone文章“確定LED效率下降的原因”)。圖1顯示了“綠色間隙”,即可見光譜的一部分,其中LED的效率逐漸消失。1
圖1:綠色LED遭受外部量子效率不佳的影響。
Lime-綠色LED搶奪風頭
藍色發射器/黃色磷光體白色LED的顏色是固定的(盡管隨著LED和磷光體老化,它可以在更長的時間段內變化)。相比之下,通過在RGB LED的驅動器中實現一些控制電子元件,用戶可以巧妙地改變三個LED的相應強度,以改變顏色輸出并改變房間的氛圍。
由于這一引人注目的優勢,LED制造商熱衷于使RGB LED在照明方面更加實用,從而鼓勵消費者通過解決綠色芯片效率低下的問題來大量購買。市場上已有一些設備比昨天的產品有明顯的改進。 Cree的XLamp XP-E系列528 nm綠色芯片可產生健康的84 lm/W(3.4 V,350 mA)。但是,在沒有高效綠色LED的情況下,飛利浦照明采用了不同的方法色調可調燈泡。飛利浦照明不再使用傳統的綠色設備,而是將Hue的RGB光引擎的綠色元素基于Philips Lumileds的Rebel ES系列的石灰綠色LED(圖2)。
石灰綠色設備不是純粹的 - 彩色LED,相當于藍色發光體和專有石灰熒光粉的組合,克服了綠色設備的效率問題。根據Philips Lumileds的數據表,這種藍色LED/綠色熒光粉組合的功效可達190 lm/W(2.75 V,350 mA)。
圖2:Philips Lumileds是在彩色可調應用中為RGB光引擎提供石灰綠LED。
RGB LED具有優于白光LED的另一個優勢,它具有更好的顯色指數(CRI)。 CRI衡量光源與太陽光相比再現物體顏色的程度(參見TechZone文章“什么是顯色指數及其重要性?”)。該公司聲稱使用石灰綠LED可以通過使CRI值高于90的固態照明產品最大化這一優勢。
基于使用石灰綠色芯片的RGB LED,Hue燈泡擰入標準燈座。無線連接允許基于智能手機或平板電腦的應用程序改變燈泡的輸出(圖3)。該應用程序將LED輸出顏色與應用程序中的彩虹調色板相匹配,甚至與用戶喜歡的圖像相匹配。
Hue燈泡啟動器套裝并不便宜。燈泡本身的零售價約為60美元,是飛利浦Ambient燈泡發出令人愉悅的白光的價格的三倍多。因此,飛利浦目前正在銷售這些設備作為Apple Store等零售商的有趣小工具。但是,隨著價格的下降以及消費者明白Hue燈泡消耗的電量不會超過白色LED,該設備可能會進入主流市場。其他制造商希望盡快推出類似的產品。
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