
LED照明適合于混光使用的主要特性
并非所有的光源都適合于混光和調光,而LED具有譜線窄、在工作電壓范圍內發光亮度與正向電流近似成正比、響應速度快和體積小的特點,使其非常適合于混光使用。
2.1 光譜特性
理論和實踐證明,發光的波長和頻率取決于選用半導體材料的能隙Eg,其公式如下[1]:
Eg=hv/q=hc/(λq) (1)
λ=hc(qEg)=1240/Eg (nm) (2)
式中:λ為發光波長,v為電子運動速度,h為普朗克常數,q為載流子所帶電荷,c為光速。
由于不同材料的能隙不同,所以由不同材料制成的發光二極管可發出不同波長的光。發光二極管所發出的光不是純單色光,但是,除了激光外,它的譜線寬度都比其它光源所發出的譜線窄。例如砷化鎵發光二極管的譜線寬度只有25nm。因此,可以近似認為是單色光,幾種不同顏色的LED通過合理混光后可以得到比較純正的其它色光。
2.2 電流/發光亮度特性
在正向導通之前,LED中幾乎無電流流過,當電壓超過開啟電壓時,電流就急劇上升。因此,LED屬于電流控制型半導體器件,其發光亮度L(cd/m2)于正向工作電流IF近似成正比[2]:
L=KIFm (3)
式中:K為比例系數。
在小電流范圍內(IF=1~10mA),m=1.3~1.5,當IF>10mA時,m=1,式(3)可簡化為:
L=KIF (4)
即,LED發光亮度與電流成正比。使用時應根據所要求的顯示亮度以及具體的LED參數來選取合適的IF值,這樣既保證亮度適中,也不會損壞LED,若電流過大,就會燒毀LED的PN結。因此,可以在LED的工作電流范圍內通過調節流過LED的電流來調節LED的亮度。
2.3 響應時間特性
LED照明的響應時間是標志其反應速度的一個重要參數,尤其是在脈沖驅動或電壓調制時顯得非常重要。
LED的時間響應特性指LED隨電信號變化啟亮和熄滅的延遲特性,用響應時間來描述,響應時間包括上升時間和下降時間,上升時間是從接通電源使LED的發光亮度達到正常亮度10%開始到LED的發光亮度達到正常亮度90%所經歷的時間,下降時間是LED斷電后,發光亮度由正常值的90%下降到正常值的10%所經歷的時間。LED響應時間主要取決于載流子的壽命、器件的結電容和電路阻抗,與流過管子的電流大小無關。不同種類LED的響應時間是不同的,即使是同類LED其響應時間也有差別,一般在5納秒至500納秒之間。
因此,LED可利用交流供電或脈沖供電獲得調制光或脈沖光,調制頻率可高達幾十兆赫,并且LED的高頻亮滅及亮滅次數不會影響其使用壽命。
2.4 LED體積小
在景觀照明應用中,要產生全彩動態變化效果,就需要將紅、綠、藍光LED根據配色要求按一定比例構成發光單元,在同一個發光單元中,LED應緊密排列,這樣可使得各LED的光斑在觀賞者眼中成像重疊,相鄰發光單元中心距應相同,并且該中心距應滿足:
D≥2Ltan(θ/2) (5)
式中:D為相鄰發光單元的最小中心距,L為正常使用時觀看點與光源部位的垂直距離,θ為人眼最小分辨角。
LED體積小的特性也比較適合于混光使用。
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