荧光粉组合提高白光LED特殊显色指数R9的应用研究

文章来源:恒光电器

发布时间:2016-02-22

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物体的颜色是通过光照后才显现出来。在光源照射下物体的颜色会因光源的光谱分布不同而出现差异。例如在日光色荧光灯观察到的红色物体，再拿到低压钠灯下观察就成为酱红色。由光源的光谱分布不同，照射物体所引起的颜色差异正反映了光源显色性能的差别。光源在照射物体后所引起的颜色效果就称作该光源的显色性。

目前对于光源显色指数的计算方法主要是CIE制定的‘坝0色法”。“测色法”是CIE于1965年制定的，经1974年修订，正式推荐采用。用试验色评价显色指数是最有效的方法，它与目视效果一致，是计算显色指数的标准方法。CIE规定显色指数分为一般显色指数Ra和特殊显色指数Ri。评价时采用一套l4种试验标准颜色样品：R，淡灰红色；Rz，暗灰黄色；R：饱和黄绿色；R4，中等黄绿色；R，淡蓝绿色；R6，淡蓝色；R，淡紫蓝色；Rs，淡红紫色；R9，饱和红色；Ro，饱和黄色；R饱和绿色；R一：，饱和蓝色；Rl3'白种人肤色；R，树叶绿。其中1～8试验色用于一般显色指数Ra的计算，这8种颜色样品选自孟塞尔色标，包含各种有代表性的色调，都具有中等彩度和明度；后6种试验色用于计算特殊颜色显色指数， led商业照明，供检验光源的某种特殊显色性能选用，分别是彩度较高的红、黄、绿、蓝及叶绿色和欧美人的肤色；此外，我国计算光源显色指数的方法还增加了中国人女性肤色的颜色样品1210CIE标准中规定的用于计算一般显色指数的8种色样具有中等彩度和明度，用于衡量光谱连续且频带较宽的光源的显色性具有不错的结果，而LED光源的波形陡峭且频带狭窄。目前市场LED主流照明产品为黄绿色荧光粉+红色荧光粉组合匹配蓝光芯片发出一般显色指数Ra=80的白光，唯有特殊显色指数饱和红色R可能出现负值，因此为了能正确反映光源的显色性，在Ra的基础上提出Rq要求。本文基于荧光粉的搭配组合， led户外照明，研究分析荧光粉组合对R9的影响。
LED不同显指光谱与R9分析
白光LED实现方式主要为：
(1)蓝光卷片与单一荧光粉的组合，具有70左右显指：
蓝光芯片+黄色荧光粉；
(2)蓝光芯片与两种荧光粉的组合，具有80左右显指：
蓝光芯片+黄绿色荧光粉+红色荧光粉；
(3)蓝光芯片与两种荧光粉的组合，CCC认证，具有9O左右显指：
蓝光芯片+绿色荧光粉+红色荧光粉；
黄色荧光粉与蓝光芯片匹配可得到纯正的白光光谱，然而平均Ra较低，仅有72．7。由其正白光图谱

图1黄色荧光粉 与蓝光芯片 匹配得到 的白光光谱
如图1所示，白光光谱分布较窄，这主要是由于光谱中缺少红色和绿色成分。
图l黄色荧光粉与蓝光芯片匹配得到的白光光谱用黄绿色荧光粉与氮化物系列红色荧光粉组合进而与蓝光芯片匹配得到的白光光谱。如图2所示，ROSH认证，可以看出红光区域得到明显的增加， led亮化工程，测试结果显示，平均Ra达到80。

图2黄绿色荧光粉、红色荧光粉与蓝光芯片匹配得到的白光光谱

为了进一步提升白光的Ra对光谱中的绿色成分进行补偿，用绿色荧光粉和红色荧光粉组合与蓝光芯片匹配得到的白光光谱。如图3所示，可以看出绿光区域得到明显的增加，光谱分布比较均匀，测试结果显示，平均Ra达到91。

图3绿色、红色荧光粉与蓝光芯片匹配得到的白光光谱

表1为以上三种荧光粉匹配蓝光芯片得到白光的光学参数。在黄绿色荧光粉中添加红色荧光粉，Ra达到80，特殊显色指数有明显增加，其中代表饱和红色的特殊显色指数Rq由一4O增加为0；在该体系中加入绿色荧光粉后，平均Ra达到91，特殊显色指数进一步增强，R增加为78。然而随着红色及绿色荧光粉的添加，相对发光亮度逐渐降低。该现象是由于Ra和光效存在着矛盾所致，高Ra要求白光光谱在可见光区域平均分布，而高光效要求光谱尽可能分布在视见函数所包围区域内。

表 1 使用不同荧光粉匹配蓝光芯片得到白光的发光特性 (a)黄色荧光粉， (b)黄绿色+红色荧光粉， (C)绿色+红色荧光粉

通过表1可以看出，当Ra接近70时，节能与环保，其饱和红色值远小于0，当Ra达到9O，其饱和红色R远大于0，因此上述两种情况组合不需要考虑其饱和红色R9值。只有在Ra接近80时，LED照明企业，其饱和红色Rq接近于0，可能出现负值，需要分析不同80显指的荧光粉组合，研究其R9变化情况，给出提高R9值的荧光粉方案。

Ra=80荧光粉组合的R9分析

图 4 (A)：1一8号色样 的光谱亮度系数 ；(B)：9。15号色样的光谱亮度 系数
市场主流荧光粉搭配为530-535nm波段的黄绿色荧光粉和623～626nm波段的红色荧光粉。Ra值为R～Rs的算术平均值，因此如图4(A)1～8号色样的光谱亮度系数可得，光谱亮度系数在黄绿色部分综合最大值约在532nm附近，长波段光谱亮度系数在625nm附近已经达到较大的值，因此选择530～535nm波段的黄绿色荧光粉和623～626nm波段的红色荧光粉，可兼顾Ra和亮度。但是，从图4(B)9-15号色样的光谱亮度系数可得，Ro～R在40～600rim之间具有较大的值，仅有饱和红色9号色样的光谱亮度系
数非常特殊，其在600rim之前几乎为0，这也是在蓝光芯片与单黄粉组合时Rq值为-40的原因。而在625nm附近红色荧光粉虽然可以有一个较大的9号色样的光谱亮度系数，但是因为红色荧光粉的亮度较低和占粉的比例较少，因此，调节值可以选择以下几种方法：
a)在623～626nm波长范围内，选择626nm波长的红色荧光粉；
b)红色荧光粉峰值波长相同，国际资讯，选择亮度更高的红色荧光粉；
c)选择更绿的黄绿粉，增加红色荧光粉的比例。基于此三种方法，表2所示两款绿粉和三款红色荧光粉进行交叉实验。

从表3可以看出，芯片波长为452．5nm时：当绿粉为GB时，LED照明企业，GB+RA组合的Ra=80，R9=0，通过选择波长增大的红色荧光粉RB与GB搭配提高Ra和，GB+RB组合的Ra=81，办公照明，R9=5。
当绿粉为GA时，GA+RB组合的Ra=82，R=7，可选择波长坐标相近，医院led照明，但亮度增强的红色荧光粉RC与GA搭配，实现提高Ra和R，GA+RC组合的显色指数Ra=83，CE认证，R9=10。因为，RC的色坐标和峰值波长均与RB相当，但是其亮度较高，因此GA+RB组合的Ra和R。均高。当红色荧光粉为波长624nm的RA时，GB+RA组合的Ra=80，R9=0，通过选择波长更短的绿粉GA与RA搭配，GA+RA组合的Ra=81，R9=2，因为，GA的峰值波长较小，搭配同一款红色荧光粉时，红色荧光粉比例增大，LED筒灯，Ra和R。值增大。