LED照明提高顯色指數(shù)方案

隨著led技術(shù)的不斷發(fā)展，使LED作為照明光源成為可能，由于光源在照明燈具中對(duì)顯色指數(shù)CRI有著嚴(yán)格的要求，而目前白光LED技術(shù)在顯色性方面的不甚成熟，使之成為制約LED作為照明光源的主要障礙。

白光為復(fù)合光，通過(guò)三棱鏡就很容易的分解出白光中所包含的各種顏色的光。而LED是一種色譜較為全面的光源，這種廣色域的特點(diǎn)為L(zhǎng)ED照明產(chǎn)品的高顯色性奠定了理論基礎(chǔ)。

光是一種具有波粒二相性的物質(zhì)，這種物質(zhì)包含了波的特性有包含了粒子的特性，使之具有較強(qiáng)的復(fù)合特點(diǎn)，所以從光的本質(zhì)上和LED的特性上來(lái)講，使LED成為高品質(zhì)照明光源成為可能。

當(dāng)前白光LED技術(shù)，主要采用藍(lán)光芯片覆涂熒光粉的制作工藝，這種技術(shù)由日亞公司開(kāi)發(fā)，從一定意義上沿襲了熒光燈管的發(fā)光原理，這種技術(shù)由于紅光和綠光成分的缺少，使之先天性上就存在著對(duì)顯色指數(shù)不足的缺陷，目前為彌補(bǔ)這種缺陷，熒光粉技術(shù)成為產(chǎn)業(yè)內(nèi)主攻方向。

藍(lán)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)生效果較好的白光，但是在使用過(guò)程中由于對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力較弱，造成理論與實(shí)際產(chǎn)品的差異，這種差異的產(chǎn)生很大程度上是因?yàn)長(zhǎng)ED熱積溫對(duì)熒光粉的影響而產(chǎn)生的。

我們都有這樣的經(jīng)驗(yàn)，大功率白光LED隨著工作時(shí)間的推移，熱的產(chǎn)生和熱的散失逐步達(dá)到平衡狀態(tài)，這個(gè)平衡狀態(tài)的溫度越高，對(duì)于使用同一種類(lèi)型熒光粉的白光LED影響越大，下圖（圖一）為溫度對(duì)熒光粉發(fā)光性能的影響；

由上圖可以看出，隨著LED溫度的不斷上升，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(shí)熒光粉的活性較佳，但是在250華氏度（即120攝氏度）左右熒光粉的活性基本喪失已盡。

溫度在影響熒光粉的活性的同時(shí)，也對(duì)熒光粉所激發(fā)的光波波長(zhǎng)產(chǎn)生一定的影響，下圖（圖二）是溫度對(duì)熒光粉的發(fā)光波長(zhǎng)的影響。

由上圖可以看出隨著LED溫度的上升，熒光粉活性在逐漸失活的同時(shí)，熒光粉所發(fā)出光的波長(zhǎng)也隨著發(fā)生偏移，這個(gè)偏移是紅偏移，即熒光粉發(fā)光波長(zhǎng)朝著紅色波長(zhǎng)偏移；這個(gè)現(xiàn)象好像說(shuō)明隨著溫度的上升，白色LED的顯色性應(yīng)該好一些，而實(shí)際上是降低，貌似是矛盾的問(wèn)題？這種現(xiàn)象的本質(zhì)是熒光粉向紅色波長(zhǎng)的偏移量，小于熒光粉的失活量，即熒光粉在高溫狀態(tài)下所激發(fā)出來(lái)的紅色光不足以彌補(bǔ)混成所損失的紅光，所以表現(xiàn)為溫度的升高LED的顯色指數(shù)還是下降的，與白光LED隨著溫度升高而顯色指數(shù)下降是相符的?！?/p>

由以上分析可以得出，提升熒光粉白光LED的顯色指數(shù)，首要的手段是降低LED的節(jié)溫，其次是提高熒光粉對(duì)高溫的適應(yīng)能力。第三即采用色彩補(bǔ)償技術(shù)，采用紅光或者琥珀色LED對(duì)顯色指數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。

在降低LED節(jié)溫方面，最有效的手段是設(shè)計(jì)散熱性能較高的LED封裝方式，這是我國(guó)LED產(chǎn)業(yè)近期內(nèi)能夠在LED知識(shí)產(chǎn)權(quán)上取得重大進(jìn)展的方向之一，由于LED是一種低電壓的電子產(chǎn)品，在電性安全上要求較為寬松，所以可以采用的導(dǎo)熱基板材料較多，而我們產(chǎn)業(yè)目前對(duì)此研究較少，造成屢屢觸犯國(guó)外知識(shí)產(chǎn)權(quán)糾紛。

提高熒光粉穩(wěn)定性，是白光LED技術(shù)的主流，在這個(gè)方面我國(guó)目前技術(shù)力量較為薄弱，短期內(nèi)不能獲得突破進(jìn)展，對(duì)于我國(guó)大多數(shù)企業(yè)來(lái)講尋求這方面的突破是困難的。

色彩補(bǔ)償技術(shù)是一種彌補(bǔ)因色彩缺失造成LED顯色指數(shù)降低的一種技術(shù)手段，這種技術(shù)手段從原理上來(lái)講是可行的，但是在實(shí)際應(yīng)用中，面臨著混光條件技術(shù)手段的嚴(yán)格制約，所以實(shí)際應(yīng)用價(jià)值不高。

白光符合依據(jù)紅綠藍(lán)3:6:1的混光理論，這種理論是建立在我們看發(fā)光物體的基礎(chǔ)上的，這種混光技術(shù)可以成功的應(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(méi)有多大的借鑒性，這是由于人眼對(duì)可見(jiàn)光具有一種平均的特點(diǎn)和一種習(xí)慣的特點(diǎn)，而這兩種特點(diǎn)，也是我們?cè)诓恢挥X(jué)中損傷視力的重要原因。

照明的本質(zhì)是因?yàn)檎斩?，光照在物體上，物體經(jīng)過(guò)反射進(jìn)入人眼，這樣才形成了照明的過(guò)程，由于物體對(duì)各種波長(zhǎng)的光吸收是不同，因而純色紅綠藍(lán)三基色LED通過(guò)3:6:1混光技術(shù)而出來(lái)的白光，本身就存在著一定的顯色缺陷，照射到物體表面，因?yàn)榧t綠藍(lán)等被物體表面吸收的不同，反射效果不同，而造成CRI的減低。所以采用三基色混光技術(shù)而生產(chǎn)的白光產(chǎn)品，應(yīng)先在元器件表面或者產(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)出三種不同的光在被照物體表面發(fā)生混光，由此引起CRI降低。

紅綠藍(lán)三基色LED混色技術(shù)是一種較為成熟的白色照明技術(shù)，這種技術(shù)由于不同LED間距離較大而引起的混光距離較遠(yuǎn)，在LED前加混光罩，雖然解決了混光的問(wèn)題，但是光損又是一個(gè)障礙，對(duì)于照明燈具朝輕薄方面發(fā)展形成障礙。再之人直接觀看照明燈具時(shí)不是均勻的白光；這兩方面因素直接制約著這種技術(shù)的發(fā)展。

對(duì)三基色LED混光技術(shù)的研究即基于解決這兩方面的問(wèn)題而展開(kāi)的。研究發(fā)現(xiàn)，隨著LED芯片間距離的減小混光距離成倍的減小，隨著三基色表面涂覆散色劑濃度的增加混光效果也是成倍的提升，在研究的深入的展開(kāi)，三基色LED芯片間距減少和三色劑濃度的提高之間尋找一個(gè)最佳的平衡點(diǎn)，是一種解決三基色混光的最佳方案，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(guó)在LED封裝產(chǎn)業(yè)雖然是一個(gè)大國(guó)，但是在創(chuàng)新技術(shù)方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后，紅綠藍(lán)三基色混光技術(shù)，借用熒光粉涂覆白光LED技術(shù)，完全可以達(dá)到完美的白光效果。

圖（圖三）是紅綠藍(lán)三色LED在透過(guò)混光層光損曲線。

可以看出隨著散色劑濃度的提高，光損逐步增加，但是我們?cè)谠囼?yàn)研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，目前封裝技術(shù)所采用的膠體光損量在5%左右，而在摻雜散色劑的膠體所封裝的LED的光損量在12%左右，但是達(dá)到了較好的混光效果，比原有透明膠體光損量增加7%的光損量，而達(dá)到了較為完美的混光效果，從產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值上來(lái)講，這是值得的。

我們研究的對(duì)象是緊湊型SMD三合一封裝形式，平面無(wú)透鏡型，這種封裝形式要求內(nèi)部紅綠藍(lán)三顆LED芯片間的距離小于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)的白光LED和三色芯片散色劑混光技術(shù)生產(chǎn)的LED，對(duì)于光的損失量是大體的相同，而三色芯片散色劑混光技術(shù)更為簡(jiǎn)單而有效，我們應(yīng)該在這一技術(shù)上走的更遠(yuǎn)。

從LED實(shí)用技術(shù)上解決LED顯色性方面的手段是多種多樣的，本文著重研究具有實(shí)際意義的CRI，目前雖然藍(lán)光芯片涂覆技術(shù)生產(chǎn)的白光LED占有市場(chǎng)產(chǎn)品主流，但是隨著研究的深入發(fā)展，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，隨著封裝工藝的不斷改進(jìn)，三基色白光LED技術(shù)將取得長(zhǎng)足的進(jìn)步，為我國(guó)在白光LED產(chǎn)業(yè)，在LED照明領(lǐng)域取得重要的一席之地。