白光LED照明的新技术分析

白光LED市场规模庞大且利润丰厚。例如，随着工程师寻求利用LED的效率，长寿命和坚固的结构，这些设备作为白炽灯泡的替代品变得越来越受欢迎。根据市场分析机构IMS Research的数据，LED在照明市场的份额将从2012年的2％上升到2014年的10％，仅在3年后上升到25％。

每个替换灯具通常需要6到10个LED，产生的光线足够接近白炽灯的颜色和“温度”，以满足苛刻的消费者需求。但是，这个问题比最初出现的问题要难得多。

主要的挑战是LED本身无法直接产生白光。相反，各个LED发出的光的波段非常窄，看起来是一种颜色，例如红色，绿色或蓝色。

生产“白色”LED的一种技术是混合红色，绿色和蓝色分立器件的颜色，以产生白色。另一种方法是使用蓝色LED激发磷光体，然后发出黄色光，然后与一些原始蓝色混合以产生良好的白色近似。这两种技术都有其优点和缺点。

最近，出现了一种鲜为人知的第三种方法，它结合了两种既定方法的优点，创造了一种具有高显色指数（CRI）和高发光效率的“暖白”LED光源。 （CRI是光源与理想或自然光源相比忠实再现各种物体颜色的能力的定量测量。）本文介绍了新技术。

传统的白色方法

正如前面提到的，一种产生白光的流行方法是一种结合红色，绿色和蓝色LED光的添加技术（参见TechZone文章“通过添加创建白光 - 不减去” - 颜色“）。混合来自三个设备的光允许设计者“调整”所得白光的颜色。然而，这是一种相对昂贵的方法，因为它需要三个LED，每个LED都有自己的驱动电路。

然而，这种技术越来越受欢迎用于背光LED，例如用于电视的LED，其中额外的成本是合理的，因为发出的白光的“质量”可以更容易地控制以优化电视画面。

例如，欧司朗为其背光应用提供Multi CHIPLED器件，将红色，绿色和蓝色LED整合在一个封装中（图1）。

图1：欧司朗Multi CHIPLED将红色，绿色和蓝色LED整合到一个封装中，产生白光，用于LCD屏幕背光。

第二种技术 - 目前在主流照明应用中最受欢迎 - 采用蓝色LED与钇铝石榴石（YAG）荧光粉相结合。来自LED的一部分蓝光被磷光体吸收，然后由于称为斯托克斯位移的现象而将其重新发射为白光（参见TechZone文章“更白，更亮的LED”）。

这是LED制造商的一种流行技术，因为只需要一个芯片，而不是用于添加剂方法的三个芯片，确保紧凑且更便宜的解决方案，同时减少热管理挑战。然而，存在一个很大的缺点：斯托克斯换档转换中能量损失导致的效率降低。

Cree是提供蓝光LED和荧光粉的公司之一。一个例子是XLamp XT-E，一种用于主流照明应用的136 lm/W白光LED。

当发射“冷”光（即具有高色温的光）时，具有磷光体的蓝色LED是最有效的，因为在斯托克斯位移转换中损失的能量较少。然而，消费者倾向于选择“更温暖”的光源（更接近白炽灯发出的光）。不幸的是，这意味着使用产生一些红光的磷光体。这些材料进一步降低了整体LED功效。 （参见TechZone文章“LED规格 - 了解白色。”）图2演示了通过混合三原色（蓝色，绿色和红色）或单一原色及其互补色（例如，蓝色和黄色），可以产生白光。

图2：CIE颜色空间图说明了使用原色或原色及其补色的混色概念。

用于新型白光LED的绿灯

第三种用于从LED发出白光的方法，由其发明者欧司朗声称，结合已有方法的优点，同时消除了缺点。据说“Brilliant Mix”可以产生具有高CRI（》 90）和高发光效率的暖白光LED光源。

这种方法使用红色或琥珀色LED与特殊白色LED相结合，通过将蓝色芯片与绿色荧光粉（称为“EQ-White”）相结合，将其转移到绿色范围内。绿色磷光体是有利的，因为它具有非常低的转换损失率，导致固有的高效率。此外，通过使用离散的红色LED，消除了磷光体产生红光以帮助产生暖白色的要求，允许使用具有更高功效的材料。

通过调整两个光源相对于彼此的光通量比，琥珀色和EQ-White的组合可以在两种基色之间的直线上产生所有色度坐标。该线与普朗克轨迹相交 - 黑体在其温度变化时所采用的路径 - 在2，700 K（图3）。

图3：CIE色彩空间中的Brilliant Mix概念。

欧司朗表示，由于两种光源的发光效率得以保持，新方法可实现超过110 lm/W的总发光效率，比仅使用荧光粉转换的暖白光LED产生多达30％的光。在相同的功耗下具有可比较的CRI。

该公司称其OSLON SSL LED适用于Brilliant Mix概念。 OSLON SSL是一种单芯片LED，采用1 W封装的主光学器件。

该技术存在一些固有的缺点。其中最主要的是光通量在工作温度下比标准白光更快地降低，稍微缩短了LED的寿命（现在还没有数据）。此外，与标准设备相比，制造灯具需要更复杂的电子器件和光学器件。最后，开发LED所需的控制系统以满足必要的CCT，光通量和色点稳定性可能是一个挑战。