白光led显色性的研究

白光led显色性的研究

1led照明未来的应用目前，高效能、低碳、节能、长期保持等优点的晶体相继被引起，并在全世界范围内引发了一场伟大的科技革命。在日常生活中,LED主要应用在照明和显示两个领域,其中未来白光LED作为普通照明的应用,将具有很深远的意义。目前,从技术成熟度和制造成本总和考虑,实现白光LED的主流是采用蓝光芯片+黄色荧光粉,一般来说,这样搭配得到的显色指数(CRI)较低,不能达到现在普遍使用节能灯国标中显色指数达到80或以上的要求,故很难进入室内照明,特别是阅读照明、橱窗照明及医疗照明等。因此,提升现有白光LED的显色指数,是白光LED研究和应用的一个重要任务。本文研究了三个GaN基蓝光芯片与不同颜色荧光粉组成白光LED的系统,重点就其显色指数进行了详细的研究,旨在提供比较实用提升目前白光LED显色指数的解决方案。2氮化物红粉的ls-pcr本文试验,蓝光芯片:晶元光电,参数是10*23mil,波长455-457.5nm;荧光粉:有研稀土铝酸盐黄粉Y和Y1,主峰波长分别在556nm和567nm,四款氮化物红粉R1-R4,主峰波长分别在612nm、627nm、640nm和650nm,以及主峰波长在513nm的绿粉G;硅胶:道康宁OE-6550A/B。封装的白光LED工作电压IF=3.0-3.4V,工作电流IF=20mA,光参数测试仪器为杭州远方PMS-50光谱测试系统。3cri年以后的高显色指数显色指数是衡量光源显现被照物体真实色彩的能力参数,分布包含0-100的光源颜色。一般来讲,显色指数都是通过测量和计算出R1-R8试验色的色差值而得出的;然而如果要实现高显色指数,如CRI在80以上,就要用到R9-R15这7个特殊显色指数。以下列出了R1-R15具体代表的颜色。R1:浅灰红色;R2:暗灰黄色;R3:饱和黄绿色;R4:中等黄绿色R5:浅蓝绿色;R6:浅蓝色;R7:浅紫色;R8:浅红紫色;R9:饱和红色;R10:饱和黄色;R11:饱和绿色;R12:饱和蓝色R13:西方妇女肤色;R14:中等程度的橄榄绿色;R15:中国妇女肤色3.1紫外光反应时间的影响表1展示出不同粉胶比浓度制备白光LED的光参数,随着粉胶比(黄粉:硅胶)浓度的减小,显色指数逐渐增大,而色坐标x则呈现与显色指数完全不同的变化趋势。当粉胶比为9%时,显色指数最低仅为62.3,对应色温是3749K;从表1可看出,在一定范围内,色温越高,对应显色指数越高,这说明如果考虑做冷白光LED,通过调优化黄粉的使用比例以及适当增加蓝光的出光量,显色指数可以达到80。然而,如表1如果白光LED的色温要求在5500K左右,此时蓝光芯片和黄粉的光谱平衡将被打破,显色指数将很难达到80,这与文献的研究结果基本一致。另外,从表1中还可以了解到,白光LED的亮度随着粉胶比浓度的增大而增强,当粉胶比达到6%时,荧光粉转化为黄光的亮度较强,并与芯片的蓝光亮度达到一种平衡,此时白光亮度最高为125%,之后由于荧光粉的用量过多,导致蓝光出光率迅速变低,这样与黄光空间组合的强度分布变弱,亮度也就出现降低的现象。3.2红粉波长对显色指数的影响如表2、表3所示,在前面使用黄粉基础上,分别添加有研稀土不同主峰波长R1-R4的红粉,并优化黄粉和红粉之间的比例,封装成色温基本相近(3250±200K)白光LED的光参数和具体的R1-R15值。从两表中可以看出,当使用红粉的主峰波长越长,得到暖白光LED的显色指数越高,光效持续降低;当使用主峰波长640nm的R3红粉时,对应色温为3302K,其显色指数可以达到81.3,这与目前节能灯显色指数国标要求的80相当,此时光效为87lm/W。当使用主峰波长650nm的红粉R4时,显色指数尽管可以高达86.6,但制备白光LED的颜色明显偏红,这就需要有绿粉的参与来进行颜色调整,3.3节将会提及。从表3中还可以看到,使用不同的红粉,除了R1-R8每项数值有一定差别外,通过观察R9-R15发现,R9饱和红色最大和最小差值为36,这说明在黄粉基础上,添加不同主峰波长的红粉,有利于增加饱和红色部分光谱覆盖的区域,且红粉波长越长,就越有利于饱和红色的覆盖。因此,对显色指数大于80的白光LEDR9值的大小非常关键,这就是业界常通过添加红粉来提高白光LED显色指数的原因。此外,R12饱和蓝色最大和最小差值也达到26,这与3.1节中提到的,在一定范围内,适当增加蓝色比,可以提高显色指数的结论相吻合。在该系统中,采用黄粉+红粉,而不是绿粉+红粉的搭配方式,主要考虑目前商用绿粉研发和应用相对滞后,其发光效率和稳定性能与黄粉尚有差距,故显色指数在一定范围内,比如80左右,使用黄粉代替绿粉是可行的。3.3黄粉、红粉和绿粉的配比对白色led显色指数的影响采用有研稀土绿粉G,红粉R3或R4,黄粉Y或Y1,通过优化三种颜色粉之间的比例,分别封装成色温基本相近(3200±200K)的白光LED,具体光参数如表4和表5。可以看到,当红粉从R3改变到R4时,即红粉的主峰波长变长,有利于增加R9饱和红色的数值,显色指数从84.6提高到88.2;进一步改变主峰波长为556nm的黄粉Y到主峰波长为567nm的黄粉Y1,同时适当提高绿粉的添加比例,这样会有效增加R11饱和绿色以及R10饱和黄色数值,此时显色指数上升到92.3,点亮后的白光LED的颜色也能满足要求,光效下降较多至62lm/W。这与3.2节中提到当白光LED显色指数达到一定数值时,通过添加绿粉,改善只采用黄粉+红粉,可能出现颜色偏红的现象相呼应。本节在保证白光LED的高发光效率和颜色符合要求的情况下,通过添加绿粉,并优化黄粉、红粉和绿粉之间的配比,可以制备显色指数达到或超过90的暖白光LED。以上设计了由GaN基蓝光芯片和不同颜色荧光粉组成的三个白光LED系统,发现所制备的白光LED,除通过观察基本的R1-R8值大小外,还需要考查R9-R15值,尤其是R9-R12值的大小。当需要得到显色指数为80或以上的冷白光LED时,可以通过调整蓝光芯片与单一黄色荧光粉之间的比例来实现;如果要实现显色指数达到80左右的正白光和暖白光时,可以通过选择合适主峰波长的红粉来调配。进一步为了保证暖白光LED较高的发光效能,证明可采取黄粉+红粉+绿粉的模式实现其显色指数达到90或更高的要求。另外,通过设计蓝光芯片+不同颜色荧光粉的系统,不仅可以发挥其在器件中的比较容易均匀混色、空间色度均匀性较好的特点,同时也简化了驱动电路的设计。4不同主轴波长红粉系统对红粉稳定性的影响1)在GaN基蓝光LED芯片+黄粉系统中,在一定范围内,随着粉胶比浓度逐渐减小,即增加蓝光出光量,显色指数会逐渐增加,光效持续降低;2)在黄粉基础上,加入不