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2.1 光通量分析

光通量随电流的变化如图2所示，无论是在初态还是稳态，光通量都随电流的增加而增加。这是因为PN结是发光二极管的核心部分，电流增加后，注入到发光区的电子和空穴数量增加，发生辐射复合的数量也会增加，从而导致LED的光通量增加。理论上，LED 的光通量随电流的增大而线性增大。

但是，如图2所示，在初态且电流为10~25 mA的时候，光通量随电流的变化是1条斜率K=18左右的直线，电流与光通量几乎呈线性关系，而在25~30 mA的时候，斜率K=16.113 2，有了明显的下降。

由此可以看出，在初态时，电流和光通量几乎成线性关系，在30 mA点亮时，因为LED芯片趋于饱和状态，才导致斜率有了明显的下降。

在稳态时，相邻两点之间的斜率依次为K1=17.591 2，K2=16.557 8，K3=15.113 2，K4=13.668 4， 光通量与电流不再成线性关系，而且随着电流的增加，光通量增加的量越来越小（斜率逐渐减少），这是因为电流的上升导致结温上升，且灯丝没有及时散热，从而导致结温对光通量造成影响，产生光衰。

由此可见，热量会导致芯片老化，而芯片老化是光通量下降的根本原因。

根据图2初态和稳态的比较，可以发现点亮30min之后（即稳态），灯丝的光通量均有所下降，且下降趋势随着电流的增加也越来越明显。

10 mA驱动时，稳态的光通量为瞬态的99.8%，15 mA驱动时，稳态的光通量为瞬态的98%，20 mA驱动时，稳态的光通量为瞬态的95%，25 mA驱动时，稳态的光通量为瞬态的92.7%， 30 mA驱动时，稳态的光通量为瞬态的91%。

由此可见，当输入电流较小时，光通量随温度升高而减少的现象不清晰，但随着电流的逐渐加大，光衰现象非常明显。因为随着温度的升高，LED 的电光转换效率下降，即输入相同的电功率所产生的可见光的量在减少，所以光通量也减少。

2.2 色温分析

根据图3和图4所示，初态和稳态不同电流下的色温，落点均在bin区内，而且落点集中，符合国际标准。进入稳态之后，色坐标落点仍然十分集中，没有明显的漂移。

色坐标的漂移主要因素是荧光粉性能的老化，而过高的热量又是导致荧光粉性能老化的首要因素。由此可以看出，倒装LED灯丝具有良好的散热性，从而保证倒装LED灯丝的稳定和可靠。

而色坐标微小的漂移与荧光粉的颗粒，搅拌均匀度，芯片亮度等原因有关。

根据图5所示，在稳态情况下倒装灯丝的色温均上升，在10 mA时，增长量为0.39%，在15 mA时，增长量为0.48%，在20 mA时，增长量为0.68%，在25 mA时，增长量为0.77%，在30 mA时，增长量为0.77%。

色温的增量随着电流增大最后趋于饱和，说明荧光粉的热猝灭效应大于芯片，热辐射的温度大于芯片的温度。

而色温随电流的增加而增加，是因为随着电流的增加，倒装灯丝中的芯片发出的蓝光增多，而荧光粉层的厚度是一定的，则出射的白光中蓝光成分增加，从而使灯丝的色温增加，当LED芯片发出的蓝光趋于饱和状态时，色温的增加也将变得缓慢。

英国物理学家凯尔文（Kelvin）于1848年在一次物理实验中发现了光色与温度的关系。

他把黑体（又称绝对黑体，也称完全辐射体）放在密封容器中加热，以绝对零度（-273.16℃）为计算起点，温度每升高1℃，色温相应提高1K。

温度与电流也成线性关系，因此，色温与电流也成线性关系，但是根据图5所示，无论初态还是稳态在15 mA时，斜率从4.5左右瞬间下降到1.4左右，发生了一个突变。

由此可见，电流的增大，温度的上升不仅能够激发LED芯片的蓝光，还会造成LED芯片的衰减，而且温度对于LED衰减的影响将远大于其所激发的蓝光。

运用热电偶测量点亮30 min之后灯丝的平均温度。根据公式Tj=Ths+RjPheat=Ths+RjKhPd，式中Rj为LED的内部热阻，Tj为结温，Kh为发热系数， 由此可以看出，灯丝的平均温度从一定程度上反映灯丝内部的结温。

从图6中可以看出，温度随着电流的增加而增加，且温度与电流几乎成一种线性关系，关系式为T=0.908I+22。由此说明，电流的增加并不会导致温度突然的上升而烧坏灯丝，但是电流的增加所产生的热量对于倒装LED灯丝的光学特性会产生一定的影响。

3.结论

倒装LED灯丝是一个光，电，热互相作用的混合系统，其输出光特性受输入电流的影响。通过研究和分析在不同直流电流的驱动下倒装LED灯丝的光通量、色温等输出光性能随输入电流和温度变化的规律，得到以下结论：

在不同直流电流的驱动下，倒装LED灯丝的色温随着电流的增加而增加，色坐标比较稳定，而光通量会受到较大的影响；

且这种影响，在输入较小的电流时并不明显，在输入较大电流时，光通量会有明显的下降；电流的增加会导致温度的上升，过多的热量加速芯片和荧光粉的老化，从而使得倒装LED灯丝的光学性能下降，光衰明显。

因此，倒装LED灯丝具有良好的散热是一个关键。