白光LED技術(shù)在顯色性方面的不足

現(xiàn)在大街上隨處可見的LED顯示屏，還有裝飾用的LED彩燈以及LED車燈，處處可見LED燈的身影，LED已經(jīng)融入到生活中的每一個角落。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顯色指數(shù)CRI有著嚴格的要求，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，這種廣色域的特點為LED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，使之具有較強的復(fù)合特點，所以從光的本質(zhì)上和LED的特性上來講，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的制作工藝，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顯色指數(shù)不足的缺陷，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)生效果較好的白光，但是在使用過程中由于對環(huán)境的適應(yīng)能力較弱，造成理論與實際產(chǎn)品的差異，這種差異的產(chǎn)生很大程度上是因為LED熱積溫對熒光粉的影響而產(chǎn)生的。

我們都有這樣的經(jīng)驗，大功率白光LED隨著工作時間的推移，熱的產(chǎn)生和熱的散失逐步達到平衡狀態(tài)，這個平衡狀態(tài)的溫度越高，對于使用同一種類型熒光粉的白光LED影響越大，下圖為溫度對熒光粉發(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，也對熒光粉所激發(fā)的光波波長產(chǎn)生一定的影響，下圖是溫度對熒光粉的發(fā)光波長的影響。

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，熒光粉所發(fā)出光的波長也隨著發(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)象好像說明隨著溫度的上升，白色LED的顯色性應(yīng)該好一些，而實際上是降低，貌似是矛盾的問題?這種現(xiàn)象的本質(zhì)是熒光粉向紅色波長的偏移量，小于熒光粉的失活量，即熒光粉在高溫狀態(tài)下所激發(fā)出來的紅色光不足以彌補混成所損失的紅光，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。

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高溫的適應(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)進行補償。

在降低LED節(jié)溫方面，最有效的手段是設(shè)計散熱性能較高的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)的主流，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)來講尋求這方面的突破是困難的。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)降低的一種技術(shù)手段，這種技術(shù)手段從原理上來講是可行的，但是在實際應(yīng)用中，面臨著混光條件技術(shù)手段的嚴格制約，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有多大的借鑒性，這是由于人眼對可見光具有一種平均的特點和一種習(xí)慣的特點，而這兩種特點，也是我們在不知不覺中損傷視力的重要原因。

照明的本質(zhì)是因為照而明，光照在物體上，物體經(jīng)過反射進入人眼，這樣才形成了照明的過程，由于物體對各種波長的光吸收是不同，因而純色紅綠藍三基色LED通過3：6：1混光技術(shù)而出來的白光，本身就存在著一定的顯色缺陷，照射到物體表面，因為紅綠藍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，在LED前加混光罩，雖然解決了混光的問題，但是光損又是一個障礙，對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。

對三基色LED混光技術(shù)的研究即基于解決這兩方面的問題而展開的。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，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最佳的平衡點，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)，完全可以達到完美的白光效果。下圖是是紅綠藍三色LED在透過混光層光損曲線(三散色劑對光的影響曲線)。

可以看出隨著散色劑濃度的提高，光損逐步增加，但是我們在試驗研究過程中發(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，而達到了較為完美的混光效果，從產(chǎn)品的實際應(yīng)用價值上來講，這是值得的。

我們研究的對象是緊湊型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)更為簡單而有效，我們應(yīng)該在這一技術(shù)上走的更遠。從LED實用技術(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際意義的CRI，目前雖然藍光芯片涂覆技術(shù)生產(chǎn)的白光LED占有市場產(chǎn)品主流。

但是隨著研究的深入發(fā)展，隨著技術(shù)的不斷進步，隨著封裝工藝的不斷改進，三基色白光LED技術(shù)將取得長足的進步，為我國在白光LED產(chǎn)業(yè)，在LED照明領(lǐng)域取得重要的一席之地?，F(xiàn)在的LED燈或許會有一些問題，但是我們相信隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，在我們科研人員的努力下，這些問題終將唄解決，未來的LED一定是高效率，高質(zhì)量的。