白光LED市場規模龐大且利潤豐厚。例如,隨著工程師尋求利用LED的效率,長壽命和堅固的結構,這些設備作為白熾燈泡的替代品變得越來越受歡迎。根據市場分析機構IMS Research的數據,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的問題要難得多。
主要的挑戰是LED本身無法直接產生白光。相反,各個LED發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“白色”LED的一種技術是混合紅色,綠色和藍色分立器件的顏色,以產生白色。另一種方法是使用藍色LED激發磷光體,然后發出黃色光,然后與一些原始藍色混合以產生良好的白色近似。這兩種技術都有其優點和缺點。
最近,出現了一種鮮為人知的第三種方法,它結合了兩種既定方法的優點,創造了一種具有高顯色指數(CRI)和高發光效率的“暖白”LED光源。 (CRI是光源與理想或自然光源相比忠實再現各種物體顏色的能力的定量測量。)本文介紹了新技術。
傳統的白色方法
正如前面提到的,一種產生白光的流行方法是一種結合紅色,綠色和藍色LED光的添加技術(參見TechZone文章“通過添加創建白光 - 不減去” - 顏色“)。混合來自三個設備的光允許設計者“調整”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都有自己的驅動電路。
然而,這種技術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,因為發出的白光的“質量”可以更容易地控制以優化電視畫面。
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,產生白光,用于LCD屏幕背光。
第二種技術 - 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象而將其重新發射為白光(參見TechZone文章“更白,更亮的LED”)。
這是LED制造商的一種流行技術,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。然而,存在一個很大的缺點:斯托克斯換檔轉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(更接近白熾燈發出的光)。不幸的是,這意味著使用產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發出白光的方法,由其發明者歐司朗聲稱,結合已有方法的優點,同時消除了缺點。據說“Brilliant Mix”可以產生具有高CRI(》 90)和高發光效率的暖白光LED光源。
這種方法使用紅色或琥珀色LED與特殊白色LED相結合,通過將藍色芯片與綠色熒光粉(稱為“EQ-White”)相結合,將其轉移到綠色范圍內。綠色磷光體是有利的,因為它具有非常低的轉換損失率,導致固有的高效率。此外,通過使用離散的紅色LED,消除了磷光體產生紅光以幫助產生暖白色的要求,允許使用具有更高功效的材料。
通過調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,由于兩種光源的發光效率得以保持,新方法可實現超過110 lm/W的總發光效率,比僅使用熒光粉轉換的暖白光LED產生多達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(現在還沒有數據)。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LED所需的控制系統以滿足必要的CCT,光通量和色點穩定性可能是一個挑戰。
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