高亮度白光LED混色理论及其实验研究

针对LED在智能照明领域的革命性发展趋势,提出了采用不同色温白光LED进行混色并实现色温可调的理论.实验采用低色温(2700～2900K)和高色温(7000～8000K)两种白光LED样品进行串联和并联混色,研究混色后白光LED的光谱、色温、色坐标和显色指数及其随正向电流变化的调光效果；并通过光谱函数拟合理论计算验证混色后光谱、色温和色坐标.结果表明:混色后绝对光谱符合各白光LED绝对光谱的叠加；实验与理论计算光谱均方差基本一致；混色后色坐标符合各高低色温白光LED色坐标连接的直线上,实验与理论计算误差小于0.9％；并联混色比串联混色可调色温范围大,在2700～6000 K以上；串并联混色后都有较好的显色指数,串联混色显色指数均保持在80以上,并联混色显色指数保持在75以上.     

全光谱白光LED的混色研究

目前市场上全光谱白光LED能够做到在可见光范围内光谱连续,接近太阳光光谱。采用一种这类全光谱白光LED进行混色的方法,通过理论计算与实验测试研究了不同色温的全光谱白光LED混色后光效、色温Tc及显色指数R_a的变化。实验采用3 000,4 000 K和5 000 K三种全光谱白光LED样品进行混色,通过控制工作电流和不同组合方式研究全光谱白光的混色效果。理论与实验表明:理论计算值和实验测试值一致;电流的改变对色度学参数几乎没有影响;混色后白光光效能保证在100 lm/W以上;色温可以实现在3000～5 000 K可调;显色指数Ra可以高达92～97。     

蓝绿色硅酸盐荧光粉在低色温高显色LED中的应用

在常见低色温高显色LED荧光粉搭配(黄色YAG荧光粉搭配氮化物红粉、黄绿色Ga AG荧光粉搭配氮化物红粉)中添加蓝绿色硅酸盐荧光粉,找到合适的荧光粉配比,将LED色温做到3 000 K且色坐标到CIE 1931黑体曲线上。研究蓝绿色硅酸盐荧光粉的添加对低色温高显色LED显色指数R_a和特殊显色指数R_9的影响,并考察其单独与氮化物红粉搭配做低色温高显色LED的显色指数R_a,同时讨论利用Origin 6.0积分光功率分布的面积与显色指数的关系。结果表明,在两种荧光粉搭配方案中分别添加蓝绿色硅酸盐荧光粉,制得LED的显色指数R_a和特殊显色指数R_9均有所提升;其单独与氮化物红粉搭配,显色指数R_a较低。在相近色温且色坐标做到CIE 1931黑体曲线上的前提下,利用Origin 6.0软件积分LED的光功率分布图的面积越大,显色指数R_a越高。     

高显色指数白光LED用组合荧光材料的研究

介绍高显色性的白光LED。通过涂敷红色、黄色、绿色和蓝色荧光粉的近紫外LED制成的白光LED平均显色指数(CRI)达94.2,是迄今为止白光LED在色温为5500K的情况下获得的最高值。为更好的了解Ra(平均CRI),制作一个CRI模拟器,模拟高显色性白光LED的光谱分布。通过这种模拟方法获得的光谱分布是非常实用的了解标准高显色性白光LED性能的样例。     

低色温(3450～2700K)白光LED的发射光谱和色品质特性

本文报告蓝色InGaN基芯片和光转换黄绿色和红色荧光体结合的属于3450K、2900K及2700K低色温、高显色性白光LED的发射光谱、色品坐标、显色指数Ra、光效η等性质以及这些光学特性与正向电流IF的关系.揭示这些关系的变化及相关色温差ΔTc的变化规律,并对这些结果进行讨论.在IF=20mA下,3450K、2900K及2700K低色温白光LED的光效η(lm/w)分别为56.4、51.1及43.3,它们的Ra均为85左右.     

超高显色指数、全光谱白光LED封装技术

选取可被蓝光激发的几种重要的LED用荧光粉,研究不同搭配方案对白光LED显色指数R_a,特别是特殊显色指数R_(12)的影响规律,为实现超高显色指数、全光谱白光LED提供封装方案。采用蓝光LED芯片搭配铝酸盐黄绿粉Y_3(Al,Ga)_5O_(12):Ce~(3+)+氮化物红粉(Sr,Ca)AlSiN_3:Eu~(2+),通过调节荧光粉波段及配比,分别在色温T_c=6 000 K、4 000 K、3 000 K时研究实现超高显指的封装方案;添加氮氧化物蓝绿色荧光粉BaSi_2O_2N_2:Eu~(2+),采用蓝光LED芯片+氮氧化物蓝绿粉+铝酸盐黄绿粉+氮化物红粉的封装方案实现全光谱;对添加氮氧化物蓝绿粉对R_a和R_(12)的影响关系进行分析讨论。实验结果表明,添加氮氧化物蓝绿粉后,对白光LED的R_a和R_(12)均有较大的提升作用,并且随色温的升高,对显色指数的提升作用逐渐增强,在T_c=6 000 K、4 000 K、3 000 K时,R_(12)分别增加了22、9和2,特别是在正白色温下,显色指数R_a增幅达到6.7。     

相关色温8000～4000K的白光LED的发射光谱和色品质特性

报告和分析 80 0 0、6 40 0、5 0 0 0和 4 0 0 0K色温的白光LED的发射光谱、色品质和显色性等特性 ,它们与工作条件密切相关。随着正向电流IF 的增加 ,色品坐标x和y值逐渐减小 ,色温增大 ,发生色漂移 ,而光通量呈亚线性增加 ,光效逐渐下降。由于在白光LED中发生光转换过程 ,产生光吸收的辐射传递 ,致使白光中InGaN芯片的蓝色电致发光光谱的形状和发射峰发生变化。白光LED的特性在很大程度上受InGaN蓝光LED芯片性能的制约。人们可以实现 80 0 0～ 4 0 0 0K四种色温白光LED ,显色指数高 ,且制作的白光LED的色容差可以达到很小 ,实现优质的白光照明光源1。     

八基色合成全光谱白光的两步优化算法

提出了八基色合成全光谱白光LED的优化算法,根据8种初始光谱和9种目标色温的色坐标,反推初始光谱的最佳混色比例。结果表明该,八基色合成白光LED可实现色温调节范围2 700 K～6 500 K,显色指数a大于97,特殊显色指数R9和R12均大于96,与标准黑体线的距离小于0.001,全面优于三基色和两基色合成白光方案。     

三通道六色LED合成高品质白光的模拟和计算

综述了近年来LED白光混色技术的最新进展,提出了一种三通道六色白光LED混色方案,并将其与其他三种白光LED混色方案进行比较分析。这种全新的白光LED混色方案的显色指数和R9均大于85,色温调节范围为2000~10000K,与黑体线的色容差小于3,明显优于其他三种方案。     

高显指LED灯具的研究与开发

目前市场上使用的白光LED大部分是使用蓝光芯片激发黄色荧光粉这一传统方式获得,虽然这种LED制作工艺成熟、成本低、光效高,但显色指数并不理想,不能满足优质照明要求。本文提出一种提高灯具显色指数的新方法,在常规白光LED中加入红光LED提升白光光谱中的红光成分,加入绿光LED提升混光系统的光色品质。通过实验找到混光系统显指最高且光色品质最佳时的光通量比例为Φ_W∶Φ_R∶Φ_G=7.12∶1∶1。运用此方法,开发一款3 500 K色温高显指(90以上)灯具。与其他方法相比,本方案更易于实现,为高显色性高光色品质的照明灯具研究提供了新的思路。     

五基色LED照明光源技术进展

现有的白光LED是通过蓝光LED激发黄色荧光粉获得的,虽然其光电转换效率已远超白炽灯和日光灯,但其显色指数、色温和光效之间难以协调发展。采用多色高效率LED(红、黄、绿、青、蓝光)可合成低色温、高显色指数、高光效、对人眼安全与舒适的全光谱无荧光粉白光光源,是下一代高品质光源。其难点在于获得高光效黄光LED。目前我们在黄光LED光效提升方面取得重大突破,获得了电光转换功率效率高达21.5%的硅衬底InGaN基黄光LED(565nm,20A/cm~2),对应130 lm/W,远好于文献报道和可查询到的最高水平。基于红、黄、绿、青、蓝五色LED芯片合成的白光灯珠,显色指数94.8,色温3 263K,光效100.5 lm/W,达到了实用化水平。无荧光粉五基色LED照明技术省去了稀土这一稀缺资源,具有现实价值和战略意义,同时在可见光通信、情景照明、智能照明方面有优势。     

PWM调制占空比对混合白光LED光源光色度的影响

脉冲宽度调制(PWM)是LED照明光源智能控制的常用方法,为了准确控制混合白光LED光源的光度和色度,本文研究了基于两种不同色温白光LED的混合光源双通道PWM调制光色度理论模型,推导出混合光源色坐标、相关色温、最大亮度与双通道调制脉冲占空比比值的关系式。采用暖白光(色温3282K)和冷白光(色温12930K)两种白光LED进行混色实验,通过单片机控制脉冲宽度实现占空比可调。结果显示实验测量值与理论计算值吻合很好,证明理论模型的正确性。实验结果同时表明采用双通道PWM调节混合光源的色坐标和色温时,在相关色温4233K~7316K范围内可以保证光源亮度(光通量)输出值不低于最大值的70%。     

双路不等功率恒定电流输出的LED驱动电路设计

我们提出了在LED光源中加入一组红光LED芯片,并在荧光粉层中减少红色荧光粉的使用量。实验得出,这种光源具有高显色指数、高光效的优点。要实现白光LED达到不同的色温,蓝光LED和红光LED的电流要求不一样,因此设计了一种双路不等功率恒定电流输出的LED驱动电路,能同时为LED光源的蓝光LED和红光LED提供不同的恒定工作电流。封装后的白光LED经过测试结果表明,所设计的电路能够满足白光LED高显色指数、高光效的要求,能够广泛应用于商业照明场合。     

低色温高显色性白光LED制备及其性能的研究

通过在YAG黄色荧光粉中掺杂两种红色荧光粉进行白光LED封装测试,研究了这两种红粉对白光LED色温和显色性的影响,实验表明,调整YAG荧光粉与两种红色荧光粉的配比,能够制造出低色温、高显色性的白光LED。     

高显色指数LED光谱配比与色度参数的关系

为了提高LED光源的显色性一般需要改变不同的荧光粉成分,理论上利用不同峰值的荧光粉配比可以实现类似的色温和显色指数。我们采用典型的蓝光LED、3种不同峰值波长的绿色/黄绿色荧光材料与典型红色荧光材料进行5种基本光谱的组合,对每种组合的色度学参数包括色坐标、相关色温、显色指数等进行了仿真计算,并对相近色温下的技术方案和显色性的关系进行了统计和分析。结果表明,在这一技术方案下色温和显色指数在可以较好地确定白光LED光谱的整体形态,同时更高的显色指数可以更好地约束所能采用的配比。     

LED用BSON蓝绿粉的合成和应用研究

本文采用高温固相法合成BaSi_2O_2N_2∶Eu~(2+)蓝绿色荧光粉,探索了温度和时间对荧光粉性能的影响,同时通过添加助熔剂有效提升了荧光粉性能。BaSi_2O_2N_2∶Eu~(2+)荧光粉搭配YAG∶Ce~(3+)和CaAlSiN_3∶Eu~(2+)荧光粉,可以达到LED正白光段显色指数R_1~R_(15)大于90的全光谱目的。该方案解决了之前LED光源制作高显色方案中显色指数R_(12)偏低的现象,补充了白光LED缺失深蓝色的部分,对LED的推广有着重要的意义。     

高显色高光效可调色温白光LED

为实现高显色高光效的白光发光二极管(LED),采用新的LED和荧光粉光谱数学模型,研究不同的光谱组合。研究结果表明,新的LED能实现显色指数CRI≥93和特殊显色指数R9≥90要求,同时实现辐射光效(LER)大于或等于378lm/W,最终实现白光LED优化光谱最优化组合。     

LED峰值波长对多光谱组合白光色参数的影响

多光谱组合的LED在动态照明、光环境、医疗、健康等领域具有广泛的应用前景,但是其光度和色度的一致性和稳定性极大影响着这类技术方案的应用前景。采用6种单色LED使用光谱组合的方式构建了典型色温5500 K和2700 K的白光器件,并对组成白光的单色LED的光谱稳定性进行了分析,仿真实验研究了多种单色LED峰值波长的漂移对色温、显色指数和色坐标的影响。实验表明,红色630 nm和橙色590 nm附近的峰值波长漂移对于色温的影响最大,漂移2 nm左右即可导致色温100 K左右的变化;橙色590 nm的峰值波长漂移对于显色指数的影响最大,在漂移2 nm左右即可导致显色指数的变化大于2;在5500 K附近x坐标的最大变化量0.016出现在红光631 nm的波长变化中,y坐标的最大变化量0.015出现在宝蓝色480 nm的波长变化中;在2700 K附近,x坐标的最大变化量0.016出现在橙色590 nm和红色631 nm的波长变化中,y坐标的最大变化量0.017出现在橙色590 nm的波长变化中。     

采用蓝光激发黄色荧光粉生成白光技术的LED光效和显色指数研究

借助计算机辅助分析的方法,针对采用蓝光LED激发黄色荧光粉产生白光的应用,通过遍历若干光谱参数组合,计算出LED光效和显色指数的理论极值,并分析了不同色温下光效、显色指数的相互关系。     

荧光粉在高显色白光LED中的应用技术研究

采用蓝光LED芯片作为激发光源,通过封装试验研究了荧光粉发射波段、蓝光芯片波段、白光LED色温和显色指数的关联性。在分析单一组分荧光粉制作的白光LED的基础上,进一步对双组分荧光粉方案进行了试验研究。结果表明当采用绿光荧光粉配合橙黄光荧光粉的双组分方案后,在光效较普通白光LED下降幅度小于15％的情况下,显色指数Ra得到显著提升（86．7）。