浅析LED灯具黄边问题

admin

我们很多生产灯具的朋友可能都深知这一现象给您留下的深刻印象,这里我们不再赘述这一现象给LED灯具产品带来的负面效应了。
一、LED的发光质量
在人类找到使半导体发光的方法时，无疑是对这一科学发现可能对人类的未来带来多大的冲击估计不足；早期，人们对LED的微弱光线能用在一些小的指示灯上就已经兴奋不已，但今天的LED已经大有取代传统照明的来头，可是一些冷静的人总在思考这样一个问题——LED灯具未来可不可能取代传统照明灯具？
我们带着这个问题来讨论，LED灯具取代传统灯具目前所固有的一个LED自身的缺陷——LED的发光质量。
早期的LED只能发出单色光，最常见的是红光、绿光和蓝光，很长一段时间人们都在寻找LED发白光的方法，后来科研人员选定了一种经济的方法——就是在LED芯片上涂覆某种配方的荧光材料使之发出复合光。
在这条道路上最成功的可谓是日本的Nakamura，他经过多年的苦心研究发明了被蓝光激发能发出黄光的荧光粉。这就是今天主流白光LED的发光方式。
但科技仿佛总是有作弄人的一面，仿佛总是不愿给人们一个完美的解决方案。因为蓝光激发能发出黄光的荧光粉发出的并不是“白光”，而只是蓝光和黄光，同时我们人眼分辨颜色的能力比较差，使得我们得到了感观上的“白光”（我们人眼的一种错觉）。
就是说今天主流的LED发出的“白光”只是蓝光和黄光的复合光，不是象太阳一样发出的绚烂夺目的阳光。而我们传统的光学理论中的白光是理想的阳光，当我们用对待阳光的理论来对待LED的“白光”时——黄边出现了。
二、LED芯片发出的白光
我们先看一下以下的一个LED产品的光谱图：

LED二次光学设计左边的一个小山峰是表示在450nm(430nm-465nm)左右的位置的一个强度较高的发光区域，最高点在0.6以上，这是LED芯片本身发出的蓝光透过荧光粉出来的能量。
中间偏右的一个大的山峰是表示在465nm以上的最高光强度达1.0的发光区域，这表示光在透过荧光粉后大部分（80%以上）被转换出来的能量，高能量区集中在520nm至660nm之间。
我们知道可见光波长范围：390nm-760nm。其中：
红光：中心波长为660nm；波长范围：760nm-622nm。橙光：中心波长为610nm；波长范围：622nm-597nm。黄光：中心波长为570nm；波长范围：597nm-577nm。绿光：中心波长为550nm；波长范围：577nm-492nm。青光：中心波长为460nm；波长范围：492nm-450nm。蓝光：中心波长为440nm；波长范围：450nm-435nm。紫光：中心波长为410nm；波长范围：435nm-390nm。
我们可以看出上图中的后一个山峰主要是黄橙色的光，这就是LED光源所产生的色温在3000-3500K左右的光谱图。这个光谱图表示LED发出的白光主要是由20%左右的430nm-465nm蓝光和80%左右的465nm以上的黄橙色的光组成的复合光。
三、为什么LED灯具发出的白光会有一个黄边？
首先我们都知道几乎所有的LED灯具都配有一个光学收集器，有的是一个反射杯，有的是一个或一组透镜，在我们看来当LED芯片没有加反光杯或透镜时是光斑是没有黄边的，为什么会在加了反射杯或透镜后就会产生黄边呢？
事实上，加反光杯后的灯具和加透镜后的灯具产生黄边的原因（机理）是完全不同的。
1.LED灯具加反光杯后产生黄边的原因：
首先我们要在这里分析一下什么光在反射杯的反射面容易被反射，什么光在反射杯的反射面不容易被反射。
"穿透"是一种光的衍射现象，就是光可以透过物质原子间的小缝隙穿过去，因为所有的光在相同的均匀介质中传播速度几乎是一样的，光的波长越小，频率就越高，就越容易"穿透"。这也是为什么高原地带的人比我们要黑的原因。
这时我们就会发现LED所发出的蓝光因波长短频率高会比黄光更容易"穿透"。当反射杯的镀膜层在设计上和加工上不能满足对蓝光较好的反射作用时，蓝光就很容易在反射杯的反射面"穿透"从而损失了。
本来LED发出的白光中蓝光的比例就很少，又在反射杯的反射面上损失了一些，所以带反射杯的LED灯具所发出的光蓝光就更少了，相对而言黄光就更加明显了。
这就是带反射杯的LED灯具产生黄边的其中一个重要的原因，当然还有其它的原因；诸如光斑中间部分的色温高于边缘部份，使得边缘看起来更黄等等。
2.LED灯具加透镜后产生黄边的原因：
原因有两个方面：
原因一是塑料透镜，现在大多数LED灯具都是使用的塑料透镜，我们知道塑料对短波长高频率的光的吸收比长波长低频率的光要强很多，这种对短波长光的吸收使得相当一部份蓝光被塑料透镜吸收了，这也是塑料透镜用一段时间就会发黄的原因。
原因二是短波长的光在透过介质发生折射时的折射率比长波长的光的折射率要高很多，就是说短波长的光折射时会折射的多一些。通常这一现象在灯具上的表现就是蓝光被更多地投射到了光斑的中间，而黄光更多地被折射到了光斑的边缘。
以上就是加透镜的LED灯具产生黄边的两大原因。
四、LED灯具的黄边能消除吗？（待续）