白光LED，發(fā)出LED的藍光和主要來自熒光粉的黃光的組合，是許多照明燈具核心的成熟技術(shù)。當幾個LED組合在一個燈具中時，白色固態(tài)燈可以產(chǎn)生足夠的照明以與白熾燈泡相媲美，同時運行效率更高，持續(xù)時間更長。

然而，在持續(xù)推動更高功效白色LED是一個絆腳石。磷光體非常接近模具，材料發(fā)出的一些光子直接返回LED并被吸收，顯著降低了潛在的光度。

本文介紹了替代技術(shù)的發(fā)現(xiàn)和商業(yè)化解決了這個問題。被稱為“遠程熒光粉”的技術(shù)現(xiàn)在可供希望提高產(chǎn)品功效的設(shè)計師使用，同時受益于可注塑成多種形狀的材料的優(yōu)勢，以提高照明的美感。

追逐效率

LED仍然是一項年輕的技術(shù)，但是很快就會成熟。例如，在照明領(lǐng)域，分析師DisplaySearch指出，雖然2010年LED滲透率僅限于1.4％，但到2014年將擴大至9.6％。 1

市場份額的快速增長部分是由于價格下跌，部分是由于效率的提高。這意味著每個燈具需要更少，更便宜的LED來產(chǎn)生與幾年前相同的發(fā)光度（或者相同的數(shù)量可以為相同的功率輸入產(chǎn)生更亮的光）。

例如，最新一代的歐司朗OSLON SSL聲稱效率比上一代提高了25％，在350 mA時效率為116流明/瓦。

然而，達到這一點已經(jīng)達到了這一點。沒有簡單的任務(wù)。主要的LED公司已經(jīng)在R＆amp; D上投入了數(shù)億美元來提高其芯片的功效（參見TechZone文章“LED功效改進顯示沒有減緩的跡象”）。白光LED尤其成為這項支出的重點，因為它們提供了一種直接替代白熾燈，鹵素燈和熒光燈等傳統(tǒng)光源的方法。

話雖如此，卻沒有這樣的東西。作為直接發(fā)出白光的LED。相反，通過組合來自紅色，綠色和藍色芯片的光線產(chǎn)生光，使得組合對于眼睛看起來是白色的，或者更常見地在照明應用中，通過使用來自藍色LED的輸出然后斯托克斯移位使用包含摻雜有稀土元素鈰的釔鋁石榴石（YAG）的磷光體的光。這種熒光粉吸收LED中的一些藍光，然后在很寬的波長范圍內(nèi)重新發(fā)光，包括一些綠色和紅色，以及大量的黃色。來自LED的藍色和來自熒光粉的黃色的組合看起來是白色的。

生產(chǎn)白色LED的最常見制造技術(shù)是將熒光粉均勻地懸浮在封裝環(huán)氧樹脂中，然后用于涂覆模具。 Cree廣受歡迎的XLamp XT-E白光LED以這種方式制造（圖1）。

圖1：在許多白光LED中，熒光粉是懸浮在覆蓋模具的封裝環(huán)氧樹脂中。 （由Cree提供。）

重塑LED

美國倫斯勒理工學院的研究人員進行了一項重大研究，以確切了解白光LED中磷光體和環(huán)氧樹脂的變化，以期提高芯片的功效和壽命。 （LED的壽命通常是因為它需要設(shè)備下降到它的光度的70％的新時（見技術(shù)展區(qū)文章的時間開始測量的“確定LED額定壽命：一個棘手的挑戰(zhàn)”）

在研究人員首先指出，用不含磷光體的環(huán)氧樹脂覆蓋的藍色LED比同等功率白光設(shè)備的壽命更長。每個系列之間的唯一區(qū)別是用于轉(zhuǎn)換白光LED中藍光的YAG熒光粉。熒光粉本身非常穩(wěn)定因此，研究人員將其作為降解的來源，并將其作為降解的來源，而是利用射線路徑分析得出熒光粉發(fā)出的光的一部分，以及來自LED的未轉(zhuǎn)換的短波長（藍色）光。 ，在環(huán)氧樹脂和組件中的反射器之間循環(huán)，導致環(huán)氧樹脂降解。更糟糕的是，由于光線位于靠近LED的連接處，光環(huán)流的區(qū)域處于相對較高的溫度，進一步增加將環(huán)氧樹脂變黃并降低光度。

通過將熒光粉層從模具中移開，研究人員增加了LED的使用壽命。但是研究人員還表明，雖然這是一個積極的結(jié)果，但是將熒光粉自身從模具中移開并不一定能夠大幅提高效率。這是因為雖然已經(jīng)從LED移開的來自磷光體的后向散射光未被重新吸收到管芯中，但它仍然可能不會從封裝中逸出，而是被困在磷光體和封裝的反射內(nèi)表面之間。研究人員發(fā)現(xiàn)，高達60％的LED發(fā)光可以這種方式再循環(huán)（圖2）。

圖2：單獨使用遠程熒光粉因為來自磷光體的光可以保留在包裝中，所以可能僅略微提高功效。 （Rensselaer工學院禮貌。）

藥效顯著改進是通過除去反射表面，與透射光學替換它，以便背散射的光子可以從裝置的側(cè)面逸出，并有助于實現(xiàn)光度。在改進的器件中，熒光粉位于器件頂部的一層，晶體被重新整形，使反射光子更容易逸出（圖3）。

圖3：Rensselaer工學院的遠程磷光體的LED的位置的磷光體遠離所述管芯和使用改性光學器件以提高光子提取

倫斯勒聲稱相比商業(yè)白色LED，原型。其所謂的散射光子提?。⊿PE）LED技術(shù)的效率提高了30％至60％（lm/W）。 2

主要LED制造商Cree也表現(xiàn)出色用于比較傳統(tǒng)白光LED與遠程熒光粉類型的輸出的測試。使用該公司XLamp XT-E產(chǎn)品系列的設(shè)備進行測試。 Cree的白光LED采用與藍光芯片完全相同的制造工藝制造 - 發(fā)出相同波長和輻射通量功率的光 - 但在額外的工藝步驟中涂有熒光粉。

對于測試，公司使用了兩組3×3 LED陣列。一組包括白色LED，其他藍色LED由遠程定位的盤覆蓋，采用與白色LED中使用的相同的磷光體。陣列安裝并以700 mA驅(qū)動，標稱輸出約為1,400 lm，并保持穩(wěn)定約30分鐘。

白色LED的輸出測量為1,146 lm，而藍色LED和遠程熒光盤產(chǎn)生1,324流明 - 改善約15.5％。這個數(shù)字是比由倫斯勒，這可能是由于這樣的事實，Cree公司的實驗裝置不包括學術(shù)機構(gòu)的改性透射光學幾何權(quán)利更低。

除了這個實驗工作，Cree公司正在幫助通過推廣其皇家藍色X-Lamp XT-E LED以及遠程熒光粉專利許可計劃來刺激遠程熒光粉市場。由于技術(shù)原因，沒有規(guī)定皇家藍色LED的功效（lm/W）;相反，輻射度單位的效率是產(chǎn)品比較的首選參數(shù)?；始宜{色XT-E LED在350 mA驅(qū)動電流和85°C工作溫度下可產(chǎn)生501 mW/W的光通量。

遠程熒光粉LED的商業(yè)化

美國的LED熒光粉生產(chǎn)商Intematix以其ChromaLit技術(shù)為基礎(chǔ)，建立了倫斯勒理工學院的研發(fā)。該產(chǎn)品使用遠程熒光粉方法生產(chǎn)公司所說的系統(tǒng)效率比同類白光LED系統(tǒng)高30％。

對于其ChromaLit產(chǎn)品，Intematix將熒光粉復合材料放置在單獨的基板上在被藍色LED能源激發(fā)時發(fā)出白光（該公司沒有制造自己的LED）。

在接受科學美國公司采訪時， 3 公司首席執(zhí)行官Mark Swoboda聲稱通過將能源與發(fā)光熒光粉分離，ChromaLit使照明系統(tǒng)制造商能夠在照明燈具的使用壽命內(nèi)保持穩(wěn)定的熒光粉性能。

Swoboda說另一個優(yōu)勢是制造商擁有更多的設(shè)計靈活性因為該公司的熒光粉從粉末變成顆粒，可以注塑成不同的形狀或墨水，可以用來涂覆覆蓋藍色光源的塑料盤。圖4顯示了使用藍色LED，混合室，ChromaLit光盤和一些光學元件的夾具的一種布置。

圖4：LED燈具使用ChromaLit光盤構(gòu)建。

ChromaLit遠程熒光粉光源有多種形狀，色溫和顯色指數(shù)（CRI）。該產(chǎn)品適用于諸如井下，點式，柜式，線性，任務(wù)，區(qū)域，天花板和工業(yè)照明系統(tǒng)等應用（圖5）。

圖5：ChromaLit磷光源可用于許多應用。

成本節(jié)約的途徑

白光LED是一項成熟的技術(shù)，盡管倫斯勒理工學院的研究結(jié)果表明，將磷光體與環(huán)氧樹脂混合然后直接覆蓋模具會降低功效并縮短壽命，現(xiàn)代設(shè)備的功效為100 lm/W或更高，壽命超過50,000小時。

一些工程師建議，使用藍色設(shè)備更換白色LED時，15％到20％的功效會增加照明燈具的效率通過將例如兩個白色LED形式的成熟技術(shù)添加到八LED光引擎中并且節(jié)省光盤的成本，可以很容易地實現(xiàn)遠程磷光盤。

然而，雖然添加更多白色LED無疑會增加亮度，但它們對功效無效。此外，額外的設(shè)備會增加熱負載和電負載，這可能需要更強大（因而更昂貴）的驅(qū)動電子設(shè)備和散熱器。

此外，替代系統(tǒng)的遠程熒光盤的額外成本通過消除對傳統(tǒng)白色LED燈具中通常使用的漫射器的要求，在某種程度上被否定了。此外，藍色LED通常比白色設(shè)備便宜，因為它們不使用任何熒光粉，或者需要如此嚴格的裝箱要求（參見TechZone文章“解碼LED箱標簽”）。

遠程熒光粉技術(shù)確實提供了具有固定光度規(guī)格的燈具節(jié)省成本的途徑。由于該技術(shù)承諾提高15％至20％的功效，燈具制造商可以用藍色LED版本取代白色LED光引擎，包括更少的芯片但仍保證相同的發(fā)光度。通過使用更少的芯片，固定裝置的熱量減少，允許使用更?。ê透阋耍┑纳崞?。

將固定遠程熒光粉盤給消費者的固定裝置有一個潛在的美學缺點（再次參見圖5），這是它的黃色。許多消費者更喜歡傳統(tǒng)LED燈具的白色漫射器的白色。

進入主流

使用涂有磷光體的藍色骰子制造的白色LED已被證明是一種有用的技術(shù)，具有很高的功效。 100 lm/W和更高，壽命為50,000小時加。但就像LED技術(shù)的每一個元素一樣，提高效率的動力促使科學家和工程師質(zhì)疑當前的做事方式。

倫斯勒理工學院的研究表明，將熒光粉從模具中移開是一個改善療效的方法?，F(xiàn)在有商業(yè)解決方案可以將這個概念以遠程熒光盤的形式付諸實踐。這些光盤 - 與新一代皇家藍色LED相結(jié)合 - 使設(shè)計人員能夠通過減少維持特定光度所需的LED數(shù)量來創(chuàng)建更亮的照明燈具或降低現(xiàn)有燈具的擁有成本。

As然而，沒有LED供應商將遠程熒光粉，皇家藍光LED和透射光學元件組合在一個封裝中，正如倫斯勒理工學院（Rensselaer Polytechnic Institute）提出的那樣，以提高效率范圍。但在這種情況發(fā)生之前肯定只是時間問題 - 這一事件很可能將遠程熒光粉推向照明主流。