基于RGB LED的色彩可调照明的优势及应用

使用LED生成白光的方法有两种：混合红色，绿色和蓝色（RGB）芯片的发射（参见TechZone文章“通过添加 - 不减去颜色来创建白光”）或组合带有黄色荧光粉的蓝色设备（参见TechZone文章“更白，更亮的LED”）。这两种方法都运行良好，但后者更受欢迎，因为该系统具有更高的功效。但是，结合RGB LED的优势在于它允许制造商引入可调色的固态照明，从而使消费者能够快速轻松地改变房间的氛围。例如，卧室的照明可以从黄白色变为粉红色，以鼓励睡眠。但是，尽管RGB LED照明具有颜色可调的性质，但在效果之前它可能仍然是新奇的。绿色LED的颜色与蓝色和红色设备的颜色相匹配，因为消费者不太可能仅为了花哨的照明而损害他们的电费。幸运的是，变革正在进行中。制造商，尤其是Philips Lumileds，正在推出新颖的解决方案，克服绿色LED的缺点，并将RGB LED照明转变为实用主张。

量子效率低

基于RGB LED的产品可能会获得一些市场份额颜色可调性的“有趣因素”，就目前的形式而言，它们不会挑战蓝色LED/黄色荧光粉白光LED用于主流照明应用，因为它们的功效较低。

功效（lm/W）是神圣的用于LED制造商的Grail因为它是固态照明和传统照明之间的主要区别（参见TechZone文章“大功率LED的下一步是什么？”）。 LED现在已经过优化，它们甚至开始挑战甚至荧光灯管（其效率为50到100流明/瓦）。 Cree最近推出了Xlamp XM-L系列的白光LED，产生123流明/瓦（正向电压为2.9 V，正向电流为700毫安）。

RGB LED功效的主要阻力是绿色设备。绿色LED的外部量子效率（EQE）约为25％，而蓝色和红色设备的峰值功率转换效率分别超过81％和70％。欧司朗采用OSLON SSL系列制造640 nm红色LED，效率为487 mW/W（2.55 V，350 mA）。由于技术原因，蓝色和红色LED的效率采用mW/m的辐射测量进行表征W而不是用于绿色和白色LED的lm/W的常用功效测量（参见TechZone文章“Royal Blue LED：解码数据表”）。同样，Cree的Xlamp XT-E系列458 nm皇家蓝LED产生489 mW/W（2.85 V，350 mA）。

绿色LED难以达到其他类型LED效率的原因很复杂，但是对于基于铝镓铟磷化物（AlInGaP）半导体的芯片，问题归结为这样的事实：由于相对较低的频带，改变半导体的成分使其在光谱的绿色部分中发射导致载流子限制不足。材料系统的差距。换句话说，电子泄漏而不是与空穴辐射重新组合以释放光子。

两种不同的挑战面向基于氮化铝镓（AlGaN）系统的芯片。首先，绿色AlGaN LED具有极高的内部压电场。因此，对于给定电流，尽管带隙较低，但必须施加的电压高于其他颜色。高驱动电压降低了功率转换效率。其次，绿色LED受到效率下降的困扰，内部量子效率随着电流密度的增加而稳定下降。所有LED都出现下垂，但其在绿色设备中的影响要大得多，导致常见工作电流的效率低（参见TechZone文章“确定LED效率下降的原因”）。图1显示了“绿色间隙”，即可见光谱的一部分，其中LED的效率逐渐消失。¹

图1：绿色LED遭受外部量子效率不佳的影响。

Lime-绿色LED抢夺风头

蓝色发射器/黄色磷光体白色LED的颜色是固定的（尽管随着LED和磷光体老化，它可以在更长的时间段内变化）。相比之下，通过在RGB LED的驱动器中实现一些控制电子元件，用户可以巧妙地改变三个LED的相应强度，以改变颜色输出并改变房间的氛围。

由于这一引人注目的优势，LED制造商热衷于使RGB LED在照明方面更加实用，从而鼓励消费者通过解决绿色芯片效率低下的问题来大量购买。市场上已有一些设备比昨天的产品有明显的改进。 Cree的XLamp XP-E系列528 nm绿色芯片可产生健康的84 lm/W（3.4 V，350 mA）。但是，在没有高效绿色LED的情况下，飞利浦照明采用了不同的方法色调可调灯泡。飞利浦照明不再使用传统的绿色设备，而是将Hue的RGB光引擎的绿色元素基于Philips Lumileds的Rebel ES系列的石灰绿色LED（图2）。

石灰绿色设备不是纯粹的 - 彩色LED，相当于蓝色发光体和专有石灰荧光粉的组合，克服了绿色设备的效率问题。根据Philips Lumileds的数据表，这种蓝色LED/绿色荧光粉组合的功效可达190 lm/W（2.75 V，350 mA）。

图2：Philips Lumileds是在彩色可调应用中为RGB光引擎提供石灰绿LED。

RGB LED具有优于白光LED的另一个优势，它具有更好的显色指数（CRI）。 CRI衡量光源与太阳光相比再现物体颜色的程度（参见TechZone文章“什么是显色指数及其重要性？”）。该公司声称使用石灰绿LED可以通过使CRI值高于90的固态照明产品最大化这一优势。

基于使用石灰绿色芯片的RGB LED，Hue灯泡拧入标准灯座。无线连接允许基于智能手机或平板电脑的应用程序改变灯泡的输出（图3）。该应用程序将LED输出颜色与应用程序中的彩虹调色板相匹配，甚至与用户喜欢的图像相匹配。

Hue灯泡启动器套装并不便宜。灯泡本身的零售价约为60美元，是飞利浦Ambient灯泡发出令人愉悦的白光的价格的三倍多。因此，飞利浦目前正在销售这些设备作为Apple Store等零售商的有趣小工具。但是，随着价格的下降以及消费者明白Hue灯泡消耗的电量不会超过白色LED，该设备可能会进入主流市场。其他制造商希望尽快推出类似的产品。

图3：飞利浦Hue灯泡配备了基于智能手机的应用程序，允许用户改变颜色输出（感谢飞利浦照明）。