LED照明提高顯色指數(shù)方案

隨著led技術(shù)不斷開展，使LED作為照明光源成為可能，由于光源在照明燈具中對顯色指數(shù)CRI有著嚴格要求，而目前白光LED技術(shù)在顯色性方面不甚成熟，使之成為制約LED作為照明光源主要障礙。白光為復(fù)合光，通過三棱鏡就很容易分解出白光中所包含各種顏色光。而LED是一種色譜較為全面光源，這種廣色域特點為LED照明產(chǎn)品高顯色性奠定了理論根底。光是一種具有波粒二相性物質(zhì)，這種物質(zhì)包含了波特性有包含了粒子特性，使之具有較強復(fù)合特點，所以從光本質(zhì)上和LED特性上來講，使LED成為高品質(zhì)照明光源成為可能。當前白光LED技術(shù)，主要采用藍光芯片覆涂熒光粉制作工藝，這種技術(shù)由日亞公司開發(fā)，從一定意義上沿襲了熒光燈管發(fā)光原理，這種技術(shù)由于紅光和綠光成分缺少，使之先天性上就存在著對顯色指數(shù)缺乏缺陷，目前為彌補這種缺陷，熒光粉技術(shù)成為產(chǎn)業(yè)內(nèi)主攻方向。藍色芯片涂覆熒光粉制造白光技術(shù)，這種技術(shù)在原理上是可以產(chǎn)生效果較好白光，但是在使用過程中由于對環(huán)境適應(yīng)能力較弱，造成理論與實際產(chǎn)品差異，這種差異產(chǎn)生很大程度上是因為LED熱積溫對熒光粉影響而產(chǎn)生。

我們都有這樣經(jīng)歷，大功率白光LED隨著工作時間推移，熱產(chǎn)生和熱散失逐步到達平衡狀態(tài)，這個平衡狀態(tài)溫度越高，對于使用同一種類型熒光粉白光LED影響越大，下列圖〔圖一〕為溫度對熒光粉發(fā)光性能影響；

圖一由上圖可以看出，隨著LED溫度不斷上升，熒光粉活性將大幅降低〔華氏度/攝氏度轉(zhuǎn)換公式為：攝氏度=5/9*(華氏度-32)，在100華氏度時熒光粉活性較佳，但是在250華氏度〔即120攝氏度〕左右熒光粉活性根本喪失已盡。溫度在影響熒光粉活性同時，也對熒光粉所激發(fā)光波波長產(chǎn)生一定影響，下列圖〔圖二〕是溫度對熒光粉發(fā)光波長影響。

圖二

溫度對熒光粉發(fā)光波長影響

由上圖可以看出隨著LED溫度上升，熒光粉活性在逐漸失活同時，熒光粉所發(fā)出光波長也隨著發(fā)生偏移，這個偏移是紅偏移，即熒光粉發(fā)光波長朝著紅色波長偏移；這個現(xiàn)象好似說明隨著溫度上升，白色LED顯色性應(yīng)該好一些，而實際上是降低，貌似是矛盾問題？這種現(xiàn)象本質(zhì)是熒光粉向紅色波長偏移量，小于熒光粉失活量，即熒光粉在高溫狀態(tài)下所激發(fā)出來紅色光缺乏以彌補混成所損失紅光，所以表現(xiàn)為溫度升高LED顯色指數(shù)還是下降，與白光LED隨著溫度升高而顯色指數(shù)下降是相符?！梢陨戏治隹梢缘贸?，提升熒光粉白光LED顯色指數(shù)，首要手段是降低LED節(jié)溫，其次是提高熒光粉對高溫適應(yīng)能力。第三即采用色彩補償技術(shù)，采用紅光或者琥珀色LED對顯色指數(shù)進展補償。在降低LED節(jié)溫方面，最有效手段是設(shè)計散熱性能較高LED封裝方式，這是我國LED產(chǎn)業(yè)近期內(nèi)能夠在LED知識產(chǎn)權(quán)上取得重大進展方向之一，由于LED是一種低電壓電子產(chǎn)品，在電性平安上要求較為寬松，所以可以采用導(dǎo)熱基板材料較多，而我們產(chǎn)業(yè)目前對此研究較少，造成屢屢觸犯國外知識產(chǎn)權(quán)糾紛。提高熒光粉穩(wěn)定性，是白光LED技術(shù)主流，在這個方面我國目前技術(shù)力量較為薄弱，短期內(nèi)不能獲得突破進展，對于我國大多數(shù)企業(yè)來講尋求這方面突破是困難。色彩補償技術(shù)是一種彌補因色彩缺失造成LED顯色指數(shù)降低一種技術(shù)手段，這種技術(shù)手段從原理上來講是可行，但是在實際應(yīng)用中，面臨著混光條件技術(shù)手段嚴格制約，所以實際應(yīng)用價值不高。白光符合依據(jù)紅綠藍3:6:1混光理論，這種理論是建立在我們看發(fā)光物體根底上，這種混光技術(shù)可以成功應(yīng)用在LED顯示屏白平衡技術(shù)上，但是應(yīng)用在照明方案上這種混光方案就沒有多大借鑒性，這是由于人眼對可見光具有一種平均特點和一種習(xí)慣特點，而這兩種特點，也是我們在不知不覺中損傷視力重要原因。照明本質(zhì)是因為照而明，光照在物體上，物體經(jīng)過反射進入人眼，這樣才形成了照明過程，由于物體對各種波長光吸收是不同，因而純色紅綠藍三基色LED通過3:6:1混光技術(shù)而出來白光，本身就存在著一定顯色缺陷，照射到物體外表，因為紅綠藍等被物體外表吸收不同，反射效果不同，而造成CRI減低。所以采用三基色混光技術(shù)而生產(chǎn)白光產(chǎn)品，應(yīng)先在元器件外表或者產(chǎn)品內(nèi)部采用技術(shù)手段混光，使之發(fā)出白光，而不是發(fā)出三種不同光在被照物體外表發(fā)生混光，由此引起CRI降低。紅綠藍三基色LED混色技術(shù)是一種較為成熟白色照明技術(shù)，這種技術(shù)由于不同LED間距離較大而引起混光距離較遠，在LED前加混光罩，雖然解決了混光問題，但是光損又是一個障礙，對于照明燈具朝輕薄方面開展形成障礙。再之人直接觀看照明燈具時不是均勻白光；這兩方面因素直接制約著這種技術(shù)開展。對三基色LED混光技術(shù)研究即基于解決這兩方面問題而展開。研究發(fā)現(xiàn)，隨著LED芯片間距離減小混光距離成倍減小，隨著三基色外表涂覆散色劑濃度增加混光效果也是成倍提升，在研究深入展開，三基色LED芯片間距減少和三色劑濃度提高之間尋找一個最正確平衡點，是一種解決三基色混光最正確方案，這種方案使三基色白光LED作為照明光源成為可能。目前我國在LED封裝產(chǎn)業(yè)雖然是一個大國，但是在創(chuàng)新技術(shù)方面遠遠落后，紅綠藍三基色混光技術(shù)，借用熒光粉涂覆白光LED技術(shù)，完全可以到達完美白光效果。圖〔圖三〕是紅綠藍三色LED在透過混光層光損曲線。

圖三散色劑對光影響曲線

可以看出隨著散色劑濃度提高，光損逐步增加，但是我們在試驗研究過程中發(fā)現(xiàn)，目前封裝技術(shù)所采用膠體光損量在5%左右，而在摻雜散色劑膠體所封裝LED光損量在12%左右，但是到達了較好混光效果，比原有透明膠體光損量增加7%光損量，而到達了較為完美混光效果，從產(chǎn)品實際應(yīng)用價值上來講，這是值得。我們研究對象是緊湊型SMD三合一封裝形式，平面無透鏡型，這種封裝形式要求內(nèi)部紅綠藍三顆LED芯片間距離小于1mm范圍內(nèi)，為小功率芯片。在大功率方面，熒光粉涂覆技術(shù)生產(chǎn)白光LED和三色芯片散色劑混光技術(shù)生產(chǎn)LED，對于光損失量是大體一樣，而三色芯片散色劑混光技術(shù)更為簡單而有效，我們應(yīng)該在這一技術(shù)上走更遠。從LED實用技術(shù)上解決LED