【特约】解析LED白光照明灯具中的色散问题[1]

　　1 LED 照明市场分析

　　根据照明灯具统计数据[1]，2008 年 LED 照明仅占市场的 7%，而 2011 年 LED 灯具在项目中的应用就超过了 65%，预计在 2020 年 LED 将占据市场的 75%以上 (见图 1)。

　　图1 LED 照明市场应用现状

　　在所有 LED 照明灯具中，白光 LED 灯具的市场份额几乎占据50%[2]，而白光 LED 照明面临着一系列问题，比如: 单颗 LED 的光通量难以满足普通照明的需求、色差大、稳定性不足等。对不同应用的要求，生产出真正符合设计水平的市场化产品仍然是一个需要关注的问题。本文主要针对白光 LED的色差问题进行分析论证，为灯具的生产研发给出建议方向。

　　2 LED 白光色差问题

　　LED 白光灯具的色差问题主要包括边缘黄斑/蓝斑、彩边、混光不均等颜色不均匀现象[3，4]，如图 2 所示。这种灯具光色的不均匀性，大幅减低了照明质量，也给设计师带来很大的烦恼与不便。目前，随着业主对照明效果的要求越来越高，在灯具选择中，光色均匀性，逐渐列入设计师选用灯具的重要指标之中。

　　我们知道，一个好的 LED 灯具，必须具备四个基本条件，即好的 LED 光源、好的散热设计、相匹配的驱动设计以及合理的光学设计，任意一项的缺陷都会带来灯具各种各样的问题。

　　图2 LED 白光灯具色差现象

　　引起白光光色不均匀的原因有很多，上述提到的四个基本要素中，任何一项的不合理都会引起灯具的颜色漂移。其中散热设计和驱动设计是通过影响 LED 光源的特性，间接引起辐射波长的变化，从而引起光色质量的下降。LED 光源和光学设计则是引起光色变化的直接因素。本文针对这两个直接因素，分析总结 LED 灯具颜色不均匀现象的症结所在。

　　3 影响因素分析及其解决方案

　　3. 1 LED 光源本身的影响

　　实现白光 LED 的方法主要有两种[5]: 一种是荧光粉转换白光，即利用 LED 芯片所发出的光激发荧光粉，芯片再与荧光粉发出的光混合形成白光; 另一种方法是多芯片型白光，即利用 RGB 三基色混合制备白光 LED。

　　3. 1. 1 荧光粉转换法

　　在荧光粉转换法中，目前市场上普遍采用的是蓝光芯片与黄色荧光粉组合的方式，如图 3 所示。荧光粉的分布结构是影响色均匀的关键因素[6]，如图 4 所示。

　　图3 荧光粉法产生白光的原理图

　　图4 白光 LED 制作中常用荧光粉结构

　　为了实现颜色一致的光，要求各种结构都要合理控制荧光粉的分布，保障各方向的浓度一致。在保型结构中，则需要注意芯片四周的荧光粉涂覆，否则，蓝色的光线从侧边的四周出来，会有蓝光圈产生; 在离散型结构中，荧光粉被均匀的涂敷在反射杯中，由于倾斜方向相对荧光粉浓度比较高，过多的荧光粉剩余，容易产生边缘黄斑现象; 远程荧光粉结构在一定程度上可以克服浓度的不均匀分布，但是增加了荧光粉的用量，增大了光源的体积。

　　所有这些因素的影响都对芯片的上游厂家提出更大的挑战，一方面要求 LED 上游企业提高自身工艺[7]，通过合理调整荧光粉的分布密度，获取品质较好的光源。另一方面，厂家可购置专业的分光分色机，对每个 LED 光源进行分光分色处理[8]，对LED 光源本身光电性能不良的产品进行筛选。灯具厂商在选择光源时，尽可能选择优质光源，也是保证灯具性能的基本前提。

　　3. 1. 2 多芯片组合法

　　另一种白光 LED 是选用 RGB 三基色 LED 芯片进行混合获得，利用 RGB 三基色芯片混色制作白光LED 时，存在色差更为严重的现象[9]。因为三种颜色的 LED 随着温度、驱动电流变化各异，随时间的衰减速度也不相同。为了保持颜色的一致性，必须增加动态反馈电路，时时调整三基色的配比来获得白光。在这种方法中对控制系统的合理设计变得尤其重要。但是由于目前控制技术不成熟，该种光源的成本较高，市场应用的不多。由于该种方法的可控性较强，随着技术的不断进度，这种产生白光的方法是未来的发展趋势。

　　图5 多芯片组合法产生白光的原理图