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探究光品质背后的关键要素——荧光粉

2017-04-20 09:14
默菲
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2、荧光粉发射光谱范围及半峰宽对光品质的影响

白光LED光源的发射光谱主要由所使用荧光粉的发射光谱所决定,市面上常见的商用荧光粉发射范围在490nm-675nm,对应不同体系的荧光粉。如下图6所示,根据白光LED的“杠杆配光原则”,只要蓝光芯片的波长和光源的色坐标确定了,在色度图上把芯片和色坐标点连接并延长至与色度图相交,所得到的波长A就是要搭配的荧光粉波长。对于没有显色性Ra及R1-R15要求的光源而言,直接搭配能发射该波长A的单个系列的荧光粉就可以了;对于有显色性Ra及R1-R15要求的光源而言,则需要根据显色性Ra及R1-R15的具体参数要求搭配长波段B和短波段C的两种甚至多种荧光粉,在色度图上各荧光粉波长与蓝光芯片波长所连接成的多边形的面积大小,决定了其颜色饱和度,换句话说:更短波的和更长波的两种甚至多种荧光粉搭配蓝光芯片所得到的白光LED的显色性Ra和颜色饱和度更高,但是发射范围在530nm-560nm的荧光粉的光效能高,而更短波和更长波的荧光粉的光效能一般会随着波长的蓝移或红移而降低,所要一般来说,LED的显色性Ra和颜色饱和度越高,其光效能越低。此外,荧光粉的半峰宽对于LED的显色性Ra、颜色饱和度、色纯度影响也很大,一般来说,半峰宽越宽,其覆盖的颜色范围越宽,LED的显色性Ra、颜色饱和度会越高,但是其色纯度会越低。

图6 LED荧光粉“杠杆配光图”

在光学辐射中,不同光谱所引起的视觉强度不同,其强弱用辐射光谱效能K(λ)评价,在可见光波段中,K(λ)具有最大值Kmax,光谱的光视效能归一化后,称为辐射光谱效率V(λ):

V(λ)=K(λ)/ Kmax

对于同一光谱成分的辐射,视觉的灵敏度不同,因此,光效率分成明视觉光效率和暗视觉光次效率两种。当光强度大于10 cd/m2时,是明视觉条件,此时人眼最大的视觉响应波长为555nm,该波长的光谱效率为1,Kmax为680 lm/W;当光强度小于0.01 cd/m2时,是暗视觉条件,此时人眼最大的视觉响应波长为507nm,该波长的光谱效率为1,Kmax为1725 lm/W,图7是人眼对光谱的相对灵敏度:

图7 人眼对光谱的视觉灵敏度

在380-780nm可见光区域,视觉条件下的辐射能量引起的视觉光能量φvλ为:

式中,Kmax、V(λ)分别对应明视觉条件和暗视觉条件下最大的光视效能和光谱效率。因此,可以看到,一般上发射555nm附件的光谱的荧光粉所得到的白光光能量高,而往两端的则呈下降趋势。

3、荧光粉晶形圆滑度、粒径大小及分布对光品质的影响

LED白光的实现是靠荧光粉吸收蓝光转换出其它可见光,再由该可见光与蓝光复合而得到,而这个光转换过程除受到荧光粉本身的能级效应影响,荧光粉的晶形圆滑度、粒径大小及分布也会直接影响其光转换过程,其主要表现在对蓝光的散射、折射、反射、吸收等作用的大小,图8为荧光粉光转换过程示意图。

图8 荧光粉光转换过程示意图

从图中能看到,若荧光粉的晶形圆滑度不好,其反射截面增大,产生的反射量增大,降低出光量。理论上,荧光粉的晶形越接近球形,其反射效应越弱,光转换效果越好。

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