熒光粉組合提高白光LED特殊顯色指數(shù)R9的應(yīng)用研究

文章來(lái)源:恒光電器

發(fā)布時(shí)間:2016-02-22

瀏覽次數(shù):次

物體的顏色是通過(guò)光照后才顯現(xiàn)出來(lái)。在光源照射下物體的顏色會(huì)因光源的光譜分布不同而出現(xiàn)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(duì)于光源顯色指數(shù)的計(jì)算方法主要是CIE制定的‘壩0色法”。“測(cè)色法”是CIE于1965年制定的，經(jīng)1974年修訂，正式推薦采用。用試驗(yàn)色評(píng)價(jià)顯色指數(shù)是最有效的方法，它與目視效果一致，是計(jì)算顯色指數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)方法。CIE規(guī)定顯色指數(shù)分為一般顯色指數(shù)Ra和特殊顯色指數(shù)Ri。評(píng)價(jià)時(shí)采用一套l4種試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)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(lán)綠色；R6，淡藍(lán)色；R，淡紫藍(lán)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(lán)色；Rl3'白種人膚色；R，樹(shù)葉綠。其中1～8試驗(yàn)色用于一般顯色指數(shù)Ra的計(jì)算，這8種顏色樣品選自孟塞爾色標(biāo)，包含各種有代表性的色調(diào)，都具有中等彩度和明度；后6種試驗(yàn)色用于計(jì)算特殊顏色顯色指數(shù)， led商業(yè)照明，供檢驗(yàn)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(lán)及葉綠色和歐美人的膚色；此外，我國(guó)計(jì)算光源顯色指數(shù)的方法還增加了中國(guó)人女性膚色的顏色樣品1210CIE標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的用于計(jì)算一般顯色指數(shù)的8種色樣具有中等彩度和明度，用于衡量光譜連續(xù)且頻帶較寬的光源的顯色性具有不錯(cuò)的結(jié)果，而LED光源的波形陡峭且頻帶狹窄。目前市場(chǎng)LED主流照明產(chǎn)品為黃綠色熒光粉+紅色熒光粉組合匹配藍(lán)光芯片發(fā)出一般顯色指數(shù)Ra=80的白光，唯有特殊顯色指數(shù)飽和紅色R可能出現(xiàn)負(fù)值，因此為了能正確反映光源的顯色性，在Ra的基礎(chǔ)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(duì)R9的影響。
LED不同顯指光譜與R9分析
白光LED實(shí)現(xiàn)方式主要為：
(1)藍(lán)光卷片與單一熒光粉的組合，具有70左右顯指：
藍(lán)光芯片+黃色熒光粉；
(2)藍(lán)光芯片與兩種熒光粉的組合，具有80左右顯指：
藍(lán)光芯片+黃綠色熒光粉+紅色熒光粉；
(3)藍(lán)光芯片與兩種熒光粉的組合，CCC認(rèn)證，具有9O左右顯指：
藍(lán)光芯片+綠色熒光粉+紅色熒光粉；
黃色熒光粉與藍(lán)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(lán)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(lán)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(jìn)而與藍(lán)光芯片匹配得到的白光光譜。如圖2所示，ROSH認(rèn)證，可以看出紅光區(qū)域得到明顯的增加， led亮化工程，測(cè)試結(jié)果顯示，平均Ra達(dá)到80。

圖2黃綠色熒光粉、紅色熒光粉與藍(lán)光芯片匹配得到的白光光譜

為了進(jìn)一步提升白光的Ra對(duì)光譜中的綠色成分進(jìn)行補(bǔ)償，用綠色熒光粉和紅色熒光粉組合與藍(lán)光芯片匹配得到的白光光譜。如圖3所示，可以看出綠光區(qū)域得到明顯的增加，光譜分布比較均勻，測(cè)試結(jié)果顯示，平均Ra達(dá)到91。

圖3綠色、紅色熒光粉與藍(lán)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(lán)光芯片得到白光的光學(xué)參數(shù)。在黃綠色熒光粉中添加紅色熒光粉，Ra達(dá)到80，特殊顯色指數(shù)有明顯增加，其中代表飽和紅色的特殊顯色指數(shù)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(dá)到91，特殊顯色指數(shù)進(jìn)一步增強(qiáng)，R增加為78。然而隨著紅色及綠色熒光粉的添加，相對(duì)發(fā)光亮度逐漸降低。該現(xiàn)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(jiàn)光區(qū)域平均分布，而高光效要求光譜盡可能分布在視見(jiàn)函數(shù)所包圍區(qū)域內(nèi)。

表 1 使用不同熒光粉匹配藍(lán)光芯片得到白光的發(fā)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(guò)表1可以看出，當(dāng)Ra接近70時(shí)，節(jié)能與環(huán)保，其飽和紅色值遠(yuǎn)小于0，當(dāng)Ra達(dá)到9O，其飽和紅色R遠(yuǎn)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(shí)，LED照明企業(yè)，其飽和紅色Rq接近于0，可能出現(xiàn)負(fù)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(hào)色樣 的光譜亮度系數(shù) ；(B)：9。15號(hào)色樣的光譜亮度 系數(shù)
市場(chǎng)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(shù)平均值，因此如圖4(A)1～8號(hào)色樣的光譜亮度系數(shù)可得，光譜亮度系數(shù)在黃綠色部分綜合最大值約在532nm附近，長(zhǎng)波段光譜亮度系數(shù)在625nm附近已經(jīng)達(dá)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(hào)色樣的光譜亮度系數(shù)可得，Ro～R在40～600rim之間具有較大的值，僅有飽和紅色9號(hào)色樣的光譜亮度系
數(shù)非常特殊，其在600rim之前幾乎為0，這也是在藍(lán)光芯片與單黃粉組合時(shí)Rq值為-40的原因。而在625nm附近紅色熒光粉雖然可以有一個(gè)較大的9號(hào)色樣的光譜亮度系數(shù)，但是因?yàn)榧t色熒光粉的亮度較低和占粉的比例較少，因此，調(diào)節(jié)值可以選擇以下幾種方法：
a)在623～626nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)，選擇626nm波長(zhǎng)的紅色熒光粉；
b)紅色熒光粉峰值波長(zhǎng)相同，國(guó)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(jìn)行交叉實(shí)驗(yàn)。

從表3可以看出，芯片波長(zhǎng)為452．5nm時(shí)：當(dāng)綠粉為GB時(shí)，LED照明企業(yè)，GB+RA組合的Ra=80，R9=0，通過(guò)選擇波長(zhǎng)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(dāng)綠粉為GA時(shí)，GA+RB組合的Ra=82，R=7，可選擇波長(zhǎng)坐標(biāo)相近，醫(yī)院led照明，但亮度增強(qiáng)的紅色熒光粉RC與GA搭配，實(shí)現(xiàn)提高Ra和R，GA+RC組合的顯色指數(shù)Ra=83，CE認(rèn)證，R9=10。因?yàn)椋琑C的色坐標(biāo)和峰值波長(zhǎng)均與RB相當(dāng)，但是其亮度較高，因此GA+RB組合的Ra和R。均高。當(dāng)紅色熒光粉為波長(zhǎng)624nm的RA時(shí)，GB+RA組合的Ra=80，R9=0，通過(guò)選擇波長(zhǎng)更短的綠粉GA與RA搭配，GA+RA組合的Ra=81，R9=2，因?yàn)椋珿A的峰值波長(zhǎng)較小，搭配同一款紅色熒光粉時(shí)，紅色熒光粉比例增大，LED筒燈，Ra和R。值增大。