白光LED技术在显色性方面的不足

现在大街上随处可见的LED显示屏，还有装饰用的LED彩灯以及LED车灯，处处可见LED灯的身影，LED已经融入到生活中的每一个角落。随着LED技术的不断发展，使LED作为照明光源成为可能，由于光源在照明灯具中对显色指数CRI有着严格的要求，而目前白光LED技术在显色性方面的不甚成熟，使之成为制约LED作为照明光源的主要障碍。

白光为复合光，通过三棱镜就很容易的分解出白光中所包含的各种颜色的光。而LED是一种色谱较为全面的光源，这种广色域的特点为LED照明产品的高显色性奠定了理论基础。光是一种具有波粒二相性的物质，这种物质包含了波的特性有包含了粒子的特性，使之具有较强的复合特点，所以从光的本质上和LED的特性上来讲，使LED成为高品质照明光源成为可能。

当前白光LED技术，主要采用蓝光芯片覆涂荧光粉的制作工艺，这种技术由日亚公司开发，从一定意义上沿袭了荧光灯管的发光原理，这种技术由于红光和绿光成分的缺少，使之先天性上就存在着对显色指数不足的缺陷，目前为弥补这种缺陷，荧光粉技术成为产业内主攻方向。蓝色芯片涂覆荧光粉制造白光技术，这种技术在原理上是可以产生效果较好的白光，但是在使用过程中由于对环境的适应能力较弱，造成理论与实际产品的差异，这种差异的产生很大程度上是因为LED热积温对荧光粉的影响而产生的。

我们都有这样的经验，大功率白光LED随着工作时间的推移，热的产生和热的散失逐步达到平衡状态，这个平衡状态的温度越高，对于使用同一种类型荧光粉的白光LED影响越大，下图为温度对荧光粉发光性能的影响;

由上图可以看出，随着LED温度的不断上升，荧光粉活性将大幅降低(华氏度/摄氏度转换公式为：摄氏度=5/9*(华氏度-32)，在100华氏度时荧光粉的活性较佳，但是在250华氏度(即120摄氏度)左右荧光粉的活性基本丧失已尽。温度在影响荧光粉的活性的同时，也对荧光粉所激发的光波波长产生一定的影响，下图是温度对荧光粉的发光波长的影响。

由上图可以看出随着LED温度的上升，荧光粉活性在逐渐失活的同时，荧光粉所发出光的波长也随着发生偏移，这个偏移是红偏移，即荧光粉发光波长朝着红色波长偏移;这个现象好像说明随着温度的上升，白色LED的显色性应该好一些，而实际上是降低，貌似是矛盾的问题?这种现象的本质是荧光粉向红色波长的偏移量，小于荧光粉的失活量，即荧光粉在高温状态下所激发出来的红色光不足以弥补混成所损失的红光，所以表现为温度的升高LED的显色指数还是下降的，与白光LED随着温度升高而显色指数下降是相符的。

由以上分析可以得出，提升荧光粉白光LED的显色指数，首要的手段是降低LED的节温，其次是提高荧光粉对高温的适应能力。第三即采用色彩补偿技术，采用红光或者琥珀色LED对显色指数进行补偿。

在降低LED节温方面，最有效的手段是设计散热性能较高的LED封装方式，这是我国LED产业近期内能够在LED知识产权上取得重大进展的方向之一，由于LED是一种低电压的电子产品，在电性安全上要求较为宽松，所以可以采用的导热基板材料较多，而我们产业目前对此研究较少，造成屡屡触犯国外知识产权纠纷。

提高荧光粉稳定性，是白光LED技术的主流，在这个方面我国目前技术力量较为薄弱，短期内不能获得突破进展，对于我国大多数企业来讲寻求这方面的突破是困难的。色彩补偿技术是一种弥补因色彩缺失造成LED显色指数降低的一种技术手段，这种技术手段从原理上来讲是可行的，但是在实际应用中，面临着混光条件技术手段的严格制约，所以实际应用价值不高。

白光符合依据红绿蓝3：6：1的混光理论，这种理论是建立在我们看发光物体的基础上的，这种混光技术可以成功的应用在LED显示屏白平衡技术上，但是应用在照明方案上这种混光方案就没有多大的借鉴性，这是由于人眼对可见光具有一种平均的特点和一种习惯的特点，而这两种特点，也是我们在不知不觉中损伤视力的重要原因。

照明的本质是因为照而明，光照在物体上，物体经过反射进入人眼，这样才形成了照明的过程，由于物体对各种波长的光吸收是不同，因而纯色红绿蓝三基色LED通过3：6：1混光技术而出来的白光，本身就存在着一定的显色缺陷，照射到物体表面，因为红绿蓝等被物体表面吸收的不同，反射效果不同，而造成CRI的减低。所以采用三基色混光技术而生产的白光产品，应先在元器件表面或者产品内部采用技术手段混光，使之发出白光，而不是发出三种不同的光在被照物体表面发生混光，由此引起CRI降低。

红绿蓝三基色LED混色技术是一种较为成熟的白色照明技术，这种技术由于不同LED间距离较大而引起的混光距离较远，在LED前加混光罩，虽然解决了混光的问题，但是光损又是一个障碍，对于照明灯具朝轻薄方面发展形成障碍。再之人直接观看照明灯具时不是均匀的白光;这两方面因素直接制约着这种技术的发展。

对三基色LED混光技术的研究即基于解决这两方面的问题而展开的。研究发现，随着LED芯片间距离的减小混光距离成倍的减小，随着三基色表面涂覆散色剂浓度的增加混光效果也是成倍的提升，在研究的深入的展开，三基色LED芯片间距减少和三色剂浓度的提高之间寻找一个最佳的平衡点，是一种解决三基色混光的最佳方案，这种方案使三基色白光LED作为照明光源成为可能。

目前我国在LED封装产业虽然是一个大国，但是在创新技术方面远远落后，红绿蓝三基色混光技术，借用荧光粉涂覆白光LED技术，完全可以达到完美的白光效果。下图是是红绿蓝三色LED在透过混光层光损曲线(三散色剂对光的影响曲线)。

可以看出随着散色剂浓度的提高，光损逐步增加，但是我们在试验研究过程中发现，目前封装技术所采用的胶体光损量在5%左右，而在掺杂散色剂的胶体所封装的LED的光损量在12%左右，但是达到了较好的混光效果，比原有透明胶体光损量增加7%的光损量，而达到了较为完美的混光效果，从产品的实际应用价值上来讲，这是值得的。

我们研究的对象是紧凑型SMD三合一封装形式，平面无透镜型，这种封装形式要求内部红绿蓝三颗LED芯片间的距离小于1mm范围内，为小功率芯片。在大功率方面，荧光粉涂覆技术生产的白光LED和三色芯片散色剂混光技术生产的LED，对于光的损失量是大体的相同，而三色芯片散色剂混光技术更为简单而有效，我们应该在这一技术上走的更远。从LED实用技术上解决LED显色性方面的手段是多种多样的，本文着重研究具有实际意义的CRI，目前虽然蓝光芯片涂覆技术生产的白光LED占有市场产品主流。

但是随着研究的深入发展，随着技术的不断进步，随着封装工艺的不断改进，三基色白光LED技术将取得长足的进步，为我国在白光LED产业，在LED照明领域取得重要的一席之地。现在的LED灯或许会有一些问题，但是我们相信随着科学技术的快速发展，在我们科研人员的努力下，这些问题终将呗解决，未来的LED一定是高效率，高质量的。