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)動模式分別驅(qū)動同一批次的白光LED燈珠，對比分析了在“視覺亮度”一致時兩種情況下的光色電性能，并研究了人眼視覺惰性對白光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LED的電流和發(fā)光效率比直流驅(qū)動的低，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，兩者驅(qū)動電流的差值增加，而脈沖驅(qū)動的發(fā)光效率卻高于直流驅(qū)動的發(fā)光效率。此外，相比直流驅(qū)動，高脈沖電流驅(qū)動下的LED的發(fā)光更接近等能白光，進而增強了人眼對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； 視覺亮度； 光效； 色純度

中圖分類號： TN 383.1文獻標(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)用在信號指示燈、家庭照明、室外照明、手機背光等領(lǐng)域。然而，要實現(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)動方式來實現(xiàn)，目前大多數(shù)LED是采用恒流驅(qū)動。最近，Bath大學(xué)的學(xué)者發(fā)現(xiàn)，利用脈沖驅(qū)動可以提高LED的量子效率和電流密度飽和點。Jinno等[2]提出了可以提高人眼“視覺亮度”的新型脈沖驅(qū)動方式。與恒流驅(qū)動相比，脈沖驅(qū)動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。本實驗采用1 W大功率白光LED作為研究對象，分別在直流和脈沖兩種驅(qū)動模式下進行實驗研究，對比分析了白光LED在不同驅(qū)動模式下的性能差異。解釋了脈沖驅(qū)動能夠提高“視覺亮度”的機制，為脈沖驅(qū)動的實際應(yīng)用提供實驗支持。1實驗裝置與過程輸出的方波脈沖信號可以通過調(diào)節(jié)數(shù)字信號發(fā)生器的頻率、電位、幅度和占空比得到，當(dāng)脈沖信號穩(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驗結(jié)果，實驗中采用同一批次的1 W大功率LED燈珠作為測試樣品。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)動樣品[3]。為了方便實驗，實驗中不改變脈沖驅(qū)動LED的參數(shù)，而是調(diào)節(jié)直流驅(qū)動LED的電壓值。當(dāng)20名觀察者認(rèn)為兩者亮度相同時，記錄其電流和電壓值，得到平均電流值。在此平均電流驅(qū)動下，測量其光效、色純度，與脈沖驅(qū)動下的參數(shù)作對比。白光LED光色電性能是采用光譜分析儀、數(shù)字電參數(shù)測量儀和直徑為0.3 m的積分球測量獲得的。為了能夠在脈沖驅(qū)動下得到LED的峰值電流，在電路中串聯(lián)了一個采樣小電阻，具體的實驗電路裝置圖如圖1所示。

與參考文獻[3]中不同，本實驗將兩個電壓信號輸入示波器同一個界面，調(diào)節(jié)示波器，使顯示的兩個波形圖同步同相位。這樣，可以更加準(zhǔn)確地測試出經(jīng)過LED的瞬時峰值電流，避免了在示波器測試過程中，因為電平不在同一位置而引起的誤差，記錄的脈沖電壓信號如圖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，從而計算得到脈沖白光LED的平均電流IP=URRD=I0D（1）

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

參考文獻：

[1]馬春雷，鮑超.一種高功率LED熱阻的測試方法[J].光學(xué)儀器，2005，27（2）：1317.

[2]JINNO M，MORITA K，TOMITA Y，et al.Effective illuminance improvement of a light source by using pulse modulation and its psychophysical effect on the human eye[J].Journal of Light & Visual Environment，2008，32（2）：161169.

[3]郭雄彬，傅建新，王永常，等.低占空比脈沖驅(qū)動對白光LED的“視覺亮度”及光效影響研究初探[J].光學(xué)儀器，2010，32（5）：5457.

[4]OHNO Y，COUZIN D.Modified Allard method for effective intensity of flashing lights[C]//Proceeding of the CIE Symposium on Visual Environment，London：[s.n.]，2002：2328.

[5]錢雯磊，王峰，李抒智，等.基于Talbot效應(yīng)的LED器件測試及應(yīng)用技術(shù)研究[J].照明工程學(xué)報，2012，23（1）：5861.

[6]甘彬，馮紅年，金尚忠.大功率白色發(fā)光二極管的特性研究[J].光學(xué)儀器，2005，27（5）：3337.

[7]王健，黃先，劉麗，等.溫度和電流對白光LED發(fā)光效率的影響[J].發(fā)光學(xué)報，2008，29（2）：358362.

[8]王勁，梁秉文.大功率發(fā)光二極管光電特性及溫度影響研究[J].光學(xué)儀器，2007，29（2）：4649.

[9]高維惜，顧鑫，沈海平，等.人眼對于PWM驅(qū)動下的LED亮度感知水平的提高[J].照明工程學(xué)報，2013，24（3）：7376.

[10]TRAETTA G，CARLO A D，REALE A，et al.Charge storage and screening of the internal field in GaN/AlGaN quantum wells[J].Journal of Crystal Growth，2001，230（3）：492496.

摘要： 采用脈沖和直流兩種驅(qū)動模式分別驅(qū)動同一批次的白光LED燈珠，對比分析了在“視覺亮度”一致時兩種情況下的光色電性能，并研究了人眼視覺惰性對白光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LED的電流和發(fā)光效率比直流驅(qū)動的低，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，兩者驅(qū)動電流的差值增加，而脈沖驅(qū)動的發(fā)光效率卻高于直流驅(qū)動的發(fā)光效率。此外，相比直流驅(qū)動，高脈沖電流驅(qū)動下的LED的發(fā)光更接近等能白光，進而增強了人眼對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； 視覺亮度； 光效； 色純度

中圖分類號： TN 383.1文獻標(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)用在信號指示燈、家庭照明、室外照明、手機背光等領(lǐng)域。然而，要實現(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)動方式來實現(xiàn)，目前大多數(shù)LED是采用恒流驅(qū)動。最近，Bath大學(xué)的學(xué)者發(fā)現(xiàn)，利用脈沖驅(qū)動可以提高LED的量子效率和電流密度飽和點。Jinno等[2]提出了可以提高人眼“視覺亮度”的新型脈沖驅(qū)動方式。與恒流驅(qū)動相比，脈沖驅(qū)動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。本實驗采用1 W大功率白光LED作為研究對象，分別在直流和脈沖兩種驅(qū)動模式下進行實驗研究，對比分析了白光LED在不同驅(qū)動模式下的性能差異。解釋了脈沖驅(qū)動能夠提高“視覺亮度”的機制，為脈沖驅(qū)動的實際應(yīng)用提供實驗支持。1實驗裝置與過程輸出的方波脈沖信號可以通過調(diào)節(jié)數(shù)字信號發(fā)生器的頻率、電位、幅度和占空比得到，當(dāng)脈沖信號穩(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驗結(jié)果，實驗中采用同一批次的1 W大功率LED燈珠作為測試樣品。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)動樣品[3]。為了方便實驗，實驗中不改變脈沖驅(qū)動LED的參數(shù)，而是調(diào)節(jié)直流驅(qū)動LED的電壓值。當(dāng)20名觀察者認(rèn)為兩者亮度相同時，記錄其電流和電壓值，得到平均電流值。在此平均電流驅(qū)動下，測量其光效、色純度，與脈沖驅(qū)動下的參數(shù)作對比。白光LED光色電性能是采用光譜分析儀、數(shù)字電參數(shù)測量儀和直徑為0.3 m的積分球測量獲得的。為了能夠在脈沖驅(qū)動下得到LED的峰值電流，在電路中串聯(lián)了一個采樣小電阻，具體的實驗電路裝置圖如圖1所示。

與參考文獻[3]中不同，本實驗將兩個電壓信號輸入示波器同一個界面，調(diào)節(jié)示波器，使顯示的兩個波形圖同步同相位。這樣，可以更加準(zhǔn)確地測試出經(jīng)過LED的瞬時峰值電流，避免了在示波器測試過程中，因為電平不在同一位置而引起的誤差，記錄的脈沖電壓信號如圖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，從而計算得到脈沖白光LED的平均電流IP=URRD=I0D（1）

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

參考文獻：

[1]馬春雷，鮑超.一種高功率LED熱阻的測試方法[J].光學(xué)儀器，2005，27（2）：1317.

[2]JINNO M，MORITA K，TOMITA Y，et al.Effective illuminance improvement of a light source by using pulse modulation and its psychophysical effect on the human eye[J].Journal of Light & Visual Environment，2008，32（2）：161169.

[3]郭雄彬，傅建新，王永常，等.低占空比脈沖驅(qū)動對白光LED的“視覺亮度”及光效影響研究初探[J].光學(xué)儀器，2010，32（5）：5457.

[4]OHNO Y，COUZIN D.Modified Allard method for effective intensity of flashing lights[C]//Proceeding of the CIE Symposium on Visual Environment，London：[s.n.]，2002：2328.

[5]錢雯磊，王峰，李抒智，等.基于Talbot效應(yīng)的LED器件測試及應(yīng)用技術(shù)研究[J].照明工程學(xué)報，2012，23（1）：5861.

[6]甘彬，馮紅年，金尚忠.大功率白色發(fā)光二極管的特性研究[J].光學(xué)儀器，2005，27（5）：3337.

[7]王健，黃先，劉麗，等.溫度和電流對白光LED發(fā)光效率的影響[J].發(fā)光學(xué)報，2008，29（2）：358362.

[8]王勁，梁秉文.大功率發(fā)光二極管光電特性及溫度影響研究[J].光學(xué)儀器，2007，29（2）：4649.

[9]高維惜，顧鑫，沈海平，等.人眼對于PWM驅(qū)動下的LED亮度感知水平的提高[J].照明工程學(xué)報，2013，24（3）：7376.

[10]TRAETTA G，CARLO A D，REALE A，et al.Charge storage and screening of the internal field in GaN/AlGaN quantum wells[J].Journal of Crystal Growth，2001，230（3）：492496.

摘要： 采用脈沖和直流兩種驅(qū)動模式分別驅(qū)動同一批次的白光LED燈珠，對比分析了在“視覺亮度”一致時兩種情況下的光色電性能，并研究了人眼視覺惰性對白光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LED的電流和發(fā)光效率比直流驅(qū)動的低，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，兩者驅(qū)動電流的差值增加，而脈沖驅(qū)動的發(fā)光效率卻高于直流驅(qū)動的發(fā)光效率。此外，相比直流驅(qū)動，高脈沖電流驅(qū)動下的LED的發(fā)光更接近等能白光，進而增強了人眼對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； 視覺亮度； 光效； 色純度

中圖分類號： TN 383.1文獻標(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)用在信號指示燈、家庭照明、室外照明、手機背光等領(lǐng)域。然而，要實現(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)動方式來實現(xiàn)，目前大多數(shù)LED是采用恒流驅(qū)動。最近，Bath大學(xué)的學(xué)者發(fā)現(xiàn)，利用脈沖驅(qū)動可以提高LED的量子效率和電流密度飽和點。Jinno等[2]提出了可以提高人眼“視覺亮度”的新型脈沖驅(qū)動方式。與恒流驅(qū)動相比，脈沖驅(qū)動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。本實驗采用1 W大功率白光LED作為研究對象，分別在直流和脈沖兩種驅(qū)動模式下進行實驗研究，對比分析了白光LED在不同驅(qū)動模式下的性能差異。解釋了脈沖驅(qū)動能夠提高“視覺亮度”的機制，為脈沖驅(qū)動的實際應(yīng)用提供實驗支持。1實驗裝置與過程輸出的方波脈沖信號可以通過調(diào)節(jié)數(shù)字信號發(fā)生器的頻率、電位、幅度和占空比得到，當(dāng)脈沖信號穩(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驗結(jié)果，實驗中采用同一批次的1 W大功率LED燈珠作為測試樣品。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)動樣品[3]。為了方便實驗，實驗中不改變脈沖驅(qū)動LED的參數(shù)，而是調(diào)節(jié)直流驅(qū)動LED的電壓值。當(dāng)20名觀察者認(rèn)為兩者亮度相同時，記錄其電流和電壓值，得到平均電流值。在此平均電流驅(qū)動下，測量其光效、色純度，與脈沖驅(qū)動下的參數(shù)作對比。白光LED光色電性能是采用光譜分析儀、數(shù)字電參數(shù)測量儀和直徑為0.3 m的積分球測量獲得的。為了能夠在脈沖驅(qū)動下得到LED的峰值電流，在電路中串聯(lián)了一個采樣小電阻，具體的實驗電路裝置圖如圖1所示。

與參考文獻[3]中不同，本實驗將兩個電壓信號輸入示波器同一個界面，調(diào)節(jié)示波器，使顯示的兩個波形圖同步同相位。這樣，可以更加準(zhǔn)確地測試出經(jīng)過LED的瞬時峰值電流，避免了在示波器測試過程中，因為電平不在同一位置而引起的誤差，記錄的脈沖電壓信號如圖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，從而計算得到脈沖白光LED的平均電流IP=URRD=I0D（1）

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

參考文獻：

[1]馬春雷，鮑超.一種高功率LED熱阻的測試方法[J].光學(xué)儀器，2005，27（2）：1317.

[2]JINNO M，MORITA K，TOMITA Y，et al.Effective illuminance improvement of a light source by using pulse modulation and its psychophysical effect on the human eye[J].Journal of Light & Visual Environment，2008，32（2）：161169.

[3]郭雄彬，傅建新，王永常，等.低占空比脈沖驅(qū)動對白光LED的“視覺亮度”及光效影響研究初探[J].光學(xué)儀器，2010，32（5）：5457.

[4]OHNO Y，COUZIN D.Modified Allard method for effective intensity of flashing lights[C]//Proceeding of the CIE Symposium on Visual Environment，London：[s.n.]，2002：2328.

[5]錢雯磊，王峰，李抒智，等.基于Talbot效應(yīng)的LED器件測試及應(yīng)用技術(shù)研究[J].照明工程學(xué)報，2012，23（1）：5861.

[6]甘彬，馮紅年，金尚忠.大功率白色發(fā)光二極管的特性研究[J].光學(xué)儀器，2005，27（5）：3337.

[7]王健，黃先，劉麗，等.溫度和電流對白光LED發(fā)光效率的影響[J].發(fā)光學(xué)報，2008，29（2）：358362.

[8]王勁，梁秉文.大功率發(fā)光二極管光電特性及溫度影響研究[J].光學(xué)儀器，2007，29（2）：4649.

[9]高維惜，顧鑫，沈海平，等.人眼對于PWM驅(qū)動下的LED亮度感知水平的提高[J].照明工程學(xué)報，2013，24（3）：7376.

[10]TRAETTA G，CARLO A D，REALE A，et al.Charge storage and screening of the internal field in GaN/AlGaN quantum wells[J].Journal of Crystal Growth，2001，230（3）：492496.