白光LED照明的新技術(shù)分析

白光LED市場規(guī)模龐大且利潤豐厚。例如，隨著工程師尋求利用LED的效率，長壽命和堅固的結(jié)構(gòu)，這些設備作為白熾燈泡的替代品變得越來越受歡迎。根據(jù)市場分析機構(gòu)IMS Research的數(shù)據(jù)，LED在照明市場的份額將從2012年的2％上升到2014年的10％，僅在3年后上升到25％。

每個替換燈具通常需要6到10個LED，產(chǎn)生的光線足夠接近白熾燈的顏色和“溫度”，以滿足苛刻的消費者需求。但是，這個問題比最初出現(xiàn)的問題要難得多。

主要的挑戰(zhàn)是LED本身無法直接產(chǎn)生白光。相反，各個LED發(fā)出的光的波段非常窄，看起來是一種顏色，例如紅色，綠色或藍色。

生產(chǎn)“白色”LED的一種技術(shù)是混合紅色，綠色和藍色分立器件的顏色，以產(chǎn)生白色。另一種方法是使用藍色LED激發(fā)磷光體，然后發(fā)出黃色光，然后與一些原始藍色混合以產(chǎn)生良好的白色近似。這兩種技術(shù)都有其優(yōu)點和缺點。

最近，出現(xiàn)了一種鮮為人知的第三種方法，它結(jié)合了兩種既定方法的優(yōu)點，創(chuàng)造了一種具有高顯色指數(shù)（CRI）和高發(fā)光效率的“暖白”LED光源。 （CRI是光源與理想或自然光源相比忠實再現(xiàn)各種物體顏色的能力的定量測量。）本文介紹了新技術(shù)。

傳統(tǒng)的白色方法

正如前面提到的，一種產(chǎn)生白光的流行方法是一種結(jié)合紅色，綠色和藍色LED光的添加技術(shù)（參見TechZone文章“通過添加創(chuàng)建白光 - 不減去” - 顏色“）?；旌蟻碜匀齻€設備的光允許設計者“調(diào)整”所得白光的顏色。然而，這是一種相對昂貴的方法，因為它需要三個LED，每個LED都有自己的驅(qū)動電路。

然而，這種技術(shù)越來越受歡迎用于背光LED，例如用于電視的LED，其中額外的成本是合理的，因為發(fā)出的白光的“質(zhì)量”可以更容易地控制以優(yōu)化電視畫面。

例如，歐司朗為其背光應用提供Multi CHIPLED器件，將紅色，綠色和藍色LED整合在一個封裝中（圖1）。

圖1：歐司朗Multi CHIPLED將紅色，綠色和藍色LED整合到一個封裝中，產(chǎn)生白光，用于LCD屏幕背光。

第二種技術(shù) - 目前在主流照明應用中最受歡迎 - 采用藍色LED與釔鋁石榴石（YAG）熒光粉相結(jié)合。來自LED的一部分藍光被磷光體吸收，然后由于稱為斯托克斯位移的現(xiàn)象而將其重新發(fā)射為白光（參見TechZone文章“更白，更亮的LED”）。

這是LED制造商的一種流行技術(shù)，因為只需要一個芯片，而不是用于添加劑方法的三個芯片，確保緊湊且更便宜的解決方案，同時減少熱管理挑戰(zhàn)。然而，存在一個很大的缺點：斯托克斯換檔轉(zhuǎn)換中能量損失導致的效率降低。

Cree是提供藍光LED和熒光粉的公司之一。一個例子是XLamp XT-E，一種用于主流照明應用的136 lm/W白光LED。

當發(fā)射“冷”光（即具有高色溫的光）時，具有磷光體的藍色LED是最有效的，因為在斯托克斯位移轉(zhuǎn)換中損失的能量較少。然而，消費者傾向于選擇“更溫暖”的光源（更接近白熾燈發(fā)出的光）。不幸的是，這意味著使用產(chǎn)生一些紅光的磷光體。這些材料進一步降低了整體LED功效。 （參見TechZone文章“LED規(guī)格 - 了解白色。”）圖2演示了通過混合三原色（藍色，綠色和紅色）或單一原色及其互補色（例如，藍色和黃色），可以產(chǎn)生白光。

圖2：CIE顏色空間圖說明了使用原色或原色及其補色的混色概念。

用于新型白光LED的綠燈

第三種用于從LED發(fā)出白光的方法，由其發(fā)明者歐司朗聲稱，結(jié)合已有方法的優(yōu)點，同時消除了缺點。據(jù)說“Brilliant Mix”可以產(chǎn)生具有高CRI（》 90）和高發(fā)光效率的暖白光LED光源。

這種方法使用紅色或琥珀色LED與特殊白色LED相結(jié)合，通過將藍色芯片與綠色熒光粉（稱為“EQ-White”）相結(jié)合，將其轉(zhuǎn)移到綠色范圍內(nèi)。綠色磷光體是有利的，因為它具有非常低的轉(zhuǎn)換損失率，導致固有的高效率。此外，通過使用離散的紅色LED，消除了磷光體產(chǎn)生紅光以幫助產(chǎn)生暖白色的要求，允許使用具有更高功效的材料。

通過調(diào)整兩個光源相對于彼此的光通量比，琥珀色和EQ-White的組合可以在兩種基色之間的直線上產(chǎn)生所有色度坐標。該線與普朗克軌跡相交 - 黑體在其溫度變化時所采用的路徑 - 在2，700 K（圖3）。

圖3：CIE色彩空間中的Brilliant Mix概念。

歐司朗表示，由于兩種光源的發(fā)光效率得以保持，新方法可實現(xiàn)超過110 lm/W的總發(fā)光效率，比僅使用熒光粉轉(zhuǎn)換的暖白光LED產(chǎn)生多達30％的光。在相同的功耗下具有可比較的CRI。

該公司稱其OSLON SSL LED適用于Brilliant Mix概念。 OSLON SSL是一種單芯片LED，采用1 W封裝的主光學器件。

該技術(shù)存在一些固有的缺點。其中最主要的是光通量在工作溫度下比標準白光更快地降低，稍微縮短了LED的壽命（現(xiàn)在還沒有數(shù)據(jù)）。此外，與標準設備相比，制造燈具需要更復雜的電子器件和光學器件。最后，開發(fā)LED所需的控制系統(tǒng)以滿足必要的CCT，光通量和色點穩(wěn)定性可能是一個挑戰(zhàn)。