熒光粉組合提高白光LED特殊顯色指數R9的應用研究

文章來源:恒光電器

發布時間:2016-02-22

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物體的顏色是通過光照后才顯現出來。在光源照射下物體的顏色會因光源的光譜分布不同而出現差異。例如在日光色熒光燈觀察到的紅色物體，再拿到低壓鈉燈下觀察就成為醬紅色。由光源的光譜分布不同，照射物體所引起的顏色差異正反映了光源顯色性能的差別。光源在照射物體后所引起的顏色效果就稱作該光源的顯色性。

目前對于光源顯色指數的計算方法主要是CIE制定的‘壩0色法”。“測色法”是CIE于1965年制定的，經1974年修訂，正式推薦采用。用試驗色評價顯色指數是最有效的方法，它與目視效果一致，是計算顯色指數的標準方法。CIE規定顯色指數分為一般顯色指數Ra和特殊顯色指數Ri。評價時采用一套l4種試驗標準顏色樣品：R，淡灰紅色；Rz，暗灰黃色；R：飽和黃綠色；R4，中等黃綠色；R，淡藍綠色；R6，淡藍色；R，淡紫藍色；Rs，淡紅紫色；R9，飽和紅色；Ro，飽和黃色；R飽和綠色；R一：，飽和藍色；Rl3'白種人膚色；R，樹葉綠。其中1～8試驗色用于一般顯色指數Ra的計算，這8種顏色樣品選自孟塞爾色標，包含各種有代表性的色調，都具有中等彩度和明度；后6種試驗色用于計算特殊顏色顯色指數， led商業照明，供檢驗光源的某種特殊顯色性能選用，分別是彩度較高的紅、黃、綠、藍及葉綠色和歐美人的膚色；此外，我國計算光源顯色指數的方法還增加了中國人女性膚色的顏色樣品1210CIE標準中規定的用于計算一般顯色指數的8種色樣具有中等彩度和明度，用于衡量光譜連續且頻帶較寬的光源的顯色性具有不錯的結果，而LED光源的波形陡峭且頻帶狹窄。目前市場LED主流照明產品為黃綠色熒光粉+紅色熒光粉組合匹配藍光芯片發出一般顯色指數Ra=80的白光，唯有特殊顯色指數飽和紅色R可能出現負值，因此為了能正確反映光源的顯色性，在Ra的基礎上提出Rq要求。本文基于熒光粉的搭配組合， led戶外照明，研究分析熒光粉組合對R9的影響。
LED不同顯指光譜與R9分析
白光LED實現方式主要為：
(1)藍光卷片與單一熒光粉的組合，具有70左右顯指：
藍光芯片+黃色熒光粉；
(2)藍光芯片與兩種熒光粉的組合，具有80左右顯指：
藍光芯片+黃綠色熒光粉+紅色熒光粉；
(3)藍光芯片與兩種熒光粉的組合，CCC認證，具有9O左右顯指：
藍光芯片+綠色熒光粉+紅色熒光粉；
黃色熒光粉與藍光芯片匹配可得到純正的白光光譜，然而平均Ra較低，僅有72．7。由其正白光圖譜

圖1黃色熒光粉 與藍光芯片 匹配得到 的白光光譜
如圖1所示，白光光譜分布較窄，這主要是由于光譜中缺少紅色和綠色成分。
圖l黃色熒光粉與藍光芯片匹配得到的白光光譜用黃綠色熒光粉與氮化物系列紅色熒光粉組合進而與藍光芯片匹配得到的白光光譜。如圖2所示，ROSH認證，可以看出紅光區域得到明顯的增加， led亮化工程，測試結果顯示，平均Ra達到80。

圖2黃綠色熒光粉、紅色熒光粉與藍光芯片匹配得到的白光光譜

為了進一步提升白光的Ra對光譜中的綠色成分進行補償，用綠色熒光粉和紅色熒光粉組合與藍光芯片匹配得到的白光光譜。如圖3所示，可以看出綠光區域得到明顯的增加，光譜分布比較均勻，測試結果顯示，平均Ra達到91。

圖3綠色、紅色熒光粉與藍光芯片匹配得到的白光光譜

表1為以上三種熒光粉匹配藍光芯片得到白光的光學參數。在黃綠色熒光粉中添加紅色熒光粉，Ra達到80，特殊顯色指數有明顯增加，其中代表飽和紅色的特殊顯色指數Rq由一4O增加為0；在該體系中加入綠色熒光粉后，平均Ra達到91，特殊顯色指數進一步增強，R增加為78。然而隨著紅色及綠色熒光粉的添加，相對發光亮度逐漸降低。該現象是由于Ra和光效存在著矛盾所致，高Ra要求白光光譜在可見光區域平均分布，而高光效要求光譜盡可能分布在視見函數所包圍區域內。

表 1 使用不同熒光粉匹配藍光芯片得到白光的發光特性 (a)黃色熒光粉， (b)黃綠色+紅色熒光粉， (C)綠色+紅色熒光粉

通過表1可以看出，當Ra接近70時，節能與環保，其飽和紅色值遠小于0，當Ra達到9O，其飽和紅色R遠大于0，因此上述兩種情況組合不需要考慮其飽和紅色R9值。只有在Ra接近80時，LED照明企業，其飽和紅色Rq接近于0，可能出現負值，需要分析不同80顯指的熒光粉組合，研究其R9變化情況，給出提高R9值的熒光粉方案。

Ra=80熒光粉組合的R9分析

圖 4 (A)：1一8號色樣 的光譜亮度系數 ；(B)：9。15號色樣的光譜亮度 系數
市場主流熒光粉搭配為530-535nm波段的黃綠色熒光粉和623～626nm波段的紅色熒光粉。Ra值為R～Rs的算術平均值，因此如圖4(A)1～8號色樣的光譜亮度系數可得，光譜亮度系數在黃綠色部分綜合最大值約在532nm附近，長波段光譜亮度系數在625nm附近已經達到較大的值，因此選擇530～535nm波段的黃綠色熒光粉和623～626nm波段的紅色熒光粉，可兼顧Ra和亮度。但是，從圖4(B)9-15號色樣的光譜亮度系數可得，Ro～R在40～600rim之間具有較大的值，僅有飽和紅色9號色樣的光譜亮度系
數非常特殊，其在600rim之前幾乎為0，這也是在藍光芯片與單黃粉組合時Rq值為-40的原因。而在625nm附近紅色熒光粉雖然可以有一個較大的9號色樣的光譜亮度系數，但是因為紅色熒光粉的亮度較低和占粉的比例較少，因此，調節值可以選擇以下幾種方法：
a)在623～626nm波長范圍內，選擇626nm波長的紅色熒光粉；
b)紅色熒光粉峰值波長相同，國際資訊，選擇亮度更高的紅色熒光粉；
c)選擇更綠的黃綠粉，增加紅色熒光粉的比例。基于此三種方法，表2所示兩款綠粉和三款紅色熒光粉進行交叉實驗。

從表3可以看出，芯片波長為452．5nm時：當綠粉為GB時，LED照明企業，GB+RA組合的Ra=80，R9=0，通過選擇波長增大的紅色熒光粉RB與GB搭配提高Ra和，GB+RB組合的Ra=81，辦公照明，R9=5。
當綠粉為GA時，GA+RB組合的Ra=82，R=7，可選擇波長坐標相近，醫院led照明，但亮度增強的紅色熒光粉RC與GA搭配，實現提高Ra和R，GA+RC組合的顯色指數Ra=83，CE認證，R9=10。因為，RC的色坐標和峰值波長均與RB相當，但是其亮度較高，因此GA+RB組合的Ra和R。均高。當紅色熒光粉為波長624nm的RA時，GB+RA組合的Ra=80，R9=0，通過選擇波長更短的綠粉GA與RA搭配，GA+RA組合的Ra=81，R9=2，因為，GA的峰值波長較小，搭配同一款紅色熒光粉時，紅色熒光粉比例增大，LED筒燈，Ra和R。值增大。