LED半導體照明光源主要包括室內照明、室外道路照明、景觀照明、特種照明等光源，其中室內照明主要應用領域為商業(yè)照明、工業(yè)照明、政府工程及其他工程，產品主要包括LED球泡燈、LED筒燈、LED吸頂燈和LED面板燈，外形基本和傳統(tǒng)光源相似，產品設計主要圍繞著高光效、更節(jié)能、替代更換傳統(tǒng)光源方便、容易被客戶接受展開。半導體照明隨著應用拓展和市場細分，未來半導體照明光源產品發(fā)展將以功能性照明光源和燈具為主，高可靠、標準化、模塊化、舒適性、二次節(jié)能和情景照明的智能控制將成為引領LED照明未來發(fā)展的主流技術。

一、LED半導體照明光源通常制作方法

LED半導體照明通常是以貼片式白光LED器件作為光源，主要結構為燈體結構件、含A線路板和多顆白光LED器件等元器件的LED光源組件、驅動電源系統(tǒng)、光學構件。以LED筒燈為例，產品結構為圖1所示。

圖1中片式白光LED器件通過在LED藍光芯片表面涂覆黃色熒光粉膠制備而成，通過藍光LED芯片激發(fā)黃色熒光粉合成白光。這種方式制備的白光LED器件的顯色指數一般低于75，為了增加其顯色指數需添加其他顏色熒光粉，如紅色或紅色和綠色，因其他顏色熒光粉轉換效率很低，所以添加后造成白光LED器件光效大幅下降；且熒光粉直接分布在LED芯片表面，LED芯片工作時產生的高溫會導致熒光粉產生熱猝滅；加之各類熒光粉的熱衰減性能不一致，導致白光LED器件工作時間長后會發(fā)生色漂移。

為有效改善上述LED半導體照明光源制備技術中存在的顯色指數低、色溫漂移、芯片發(fā)熱導致熒光粉性能衰減等缺點，近幾年，業(yè)界眾多廠家致力于開展基于遠程熒光體激發(fā)技術的LED半導體照明光源技術研究。

二、遠程熒光體LED半導體照明光源

基于遠程激發(fā)技術制備LED半導體照明光源的方法是采用藍色LED器件或藍色LED器件與紅色LED器件的混合光源作為半導體照明光源的激發(fā)光源，通過混光室將多顆LED發(fā)出的光混合后，經遠程熒光體轉換成白光，獲得具有高顯色指數、高光效、符合舒適照明要求的白光光源。其中混光室有2種結構：一種是由裝配了激發(fā)光源的PCB線路板、曲面遠程熒光體直接形成；另一種由裝配了激發(fā)光源的PCB、燈體、曲面或平面遠程熒光體構成?；旃馐医Y構示意見圖2所示，常規(guī)LED白光照明光源與遠程熒光LED半導體照明光源結構對比見圖3、圖4所示。

三、遠程熒光體制備方式

目前，遠程熒光體制備主要有以下3種方式：

第1種遠程熒光體制備方式：通過噴涂或涂覆的方式，直接在LED燈具出光面罩或出光基板上形成一層薄薄的熒光粉薄膜，從而形成曲面或平面遠程熒光體（如圖5所示）。此種方式制備的遠程熒光體因面罩或基板與和熒光粉薄膜形成了明顯光學界面，導致光從不同材質傳導形成光損。

第2種遠程熒光體制備方式：先將亞克力粉末或硅膠與熒光粉進行混合配制，采用高溫注塑或高溫固化成型的方式制備遠程熒光體，由此亞克力或硅膠與熒光粉混為一體，并將此一體化遠程熒光體直接作為LED半導體照明光源的出光面罩（如圖6所示），解決了上述多層介質造成的光損問題。但因在制備工藝中，亞克力顆粒的熔點為230～250℃，硅膠固化溫度也需達到150℃以上，溫度過高對熒光粉造成損害，導致LED半導體照明光源初始光效不高，且LED照明光源的出光面為黃色，影響燈具的美觀度。

第3種遠程熒光體制備方式：選用透光率高、玻璃化溫度約為85℃的亞克力材料作為遠程熒光體的載體，首先將亞克力材料制備成透明基板，同時將亞克力粉末與熒光粉進行混合，再將混合物均勻噴涂在透明亞克力基板上，然后亞克力基板和含熒光粉的亞克力粉末加熱至亞克力玻璃態(tài)，使亞克力基板和含熒光粉的亞克力粉末相互融合形成遠程熒光體。因亞克力玻璃化轉化溫度約為85℃，故整個遠程熒光體的制備溫度不高于85℃，遠低于其他遠程白光激發(fā)技術，大大降低了遠程熒光體制備過程中對熒光粉的熱破壞，提高了LED半導體照明光源的光效；并消除了第1種遠程熒光體制備方法中多層介質導致的光損問題（如圖7所示），同時不影響LED照明光源的美觀。

四、遠程熒光提用熒光粉選用

LED熒光粉材料主要以鋁酸鹽體系（如YAG：Ce3+）、硅酸鹽體系（如SrSiO4：Eu2+）和硫化物體系（如CaS：Eu2+）為主。由于存在YAG材料只能制備高色溫的白光LED、顯色指數低于80且專利受到限制，硅酸鹽材料的熒光粉品種較少且缺乏紅色熒光粉，以及硫化物熒光粉易潮解化學性質不穩(wěn)定等諸多問題，加之LED技術進步和應用領域的擴展，LED半導體照明光源對熒光粉性能提出了更高要求。

氮化物熒光粉由于激發(fā)和發(fā)射光譜明顯紅移、發(fā)射光譜涵蓋范圍廣、發(fā)光波長可調、轉換效率高、溫度特性優(yōu)異、化學性質穩(wěn)定等優(yōu)點，非常適合于白光LED的應用，特別是適合制備暖白色，高顯色性LED有獨特優(yōu)勢，但成本相對鋁酸鹽體系、硅酸鹽體系偏高。可以選用以M-Si-N，M-SiO-N，M-Si-Al-N以及M-Si-AlO-N（M=Li，Mg，Ca，Sr，Ba）多元體系為氮化物材料的新型氮化物熒光粉為遠程熒光體制備用熒光粉，提高遠程熒光體轉換效率；同時因氮化物熒光粉適應大規(guī)模、高效生產，可降低遠程熒光體的制造成本，從而降低LED半導體照明光源的成本。

五、遠程熒光體LED半導體照明光源技術優(yōu)勢

1.遠程熒光體LED半導體照明光源衰減小、壽命長

使用白光LED器件的LED半導體照明光源，在白光LED器件中，白光轉換是在LED芯片表面完成的。遠程熒光體LED半導體照明光源的白光是通過藍光LED經混光室混合后通過遠離LED芯片表面的遠程熒光體轉換成白光的。因熒光粉的衰減是白光LED光源衰減中最重要的原因之一，而熒光粉的衰減又與熒光粉的溫度有直接關系，熒光粉溫度越高，衰減越快。LED光源中使用的LED芯片點亮后溫度很高，尤其是大功率芯片，在25℃室溫情況下點亮后P/N結溫度可達到70℃以上，因此使用白光LED器件的LED半導體照明光源中熒光粉也常處在70℃以上高溫環(huán)境，熒光粉的衰減較大。而遠程熒光體LED半導體照明光源，熒光粉遠離LED芯片，因此在25℃室溫情況下點亮芯片，盡管芯片的溫度達到70℃以上，但熒光粉溫度≤35℃，因此熒光粉衰減很小。據筆者所在公司初步實驗，遠程熒光體LED半導體照明光源相對直接使用白光LED器件光源的初始光效低5%，在3 000h常溫老化后，遠程熒光體LED半導體照明光源的衰減相對直接使用白光LED器件光源的衰減降低18%左右。

2.對LED器件一致性要求不高、生產便捷

遠程熒光體LED半導體照明光源利用基板、混光腔腔體設計及遠程熒光體表面處理等方式形成混光室，使得藍光LED器件所發(fā)出光混合均勻，因此對藍光LED器件一致性要求降低，可降低藍光LED器件的技術要求和生產管理難度，從而降低成本。

六、結語

遠程熒光體LED半導體照明光源技術研究是白光激發(fā)技術的創(chuàng)新：常規(guī)LED半導體照明光源是通過直接使用白光LED器件獲得白光光源，遠程熒光體LED半導體照明光源是通過遠離LED芯片的遠程熒光體轉換藍色LED光源或藍色和紅色混合LED光源獲得。

基于遠程激發(fā)技術的白光LED光源突破了當前常規(guī)的白光LED光源制備方式，LED半導體照明光源的光色均勻性、顯色指數均大幅提高，舒適度大大增強，光源壽命也大大提高。因此遠程激發(fā)技術將成為LED照明光源制備的主流方式，為LED照明進入功能性照明起到很好的促進作用。

LED半導體照明光源遠程熒光技術也可延伸使用到白光LED封裝領域，新型的遠程熒光封裝技術能有效地改善目前封裝技術中存在的出光不均勻、色溫漂移、芯片發(fā)熱導致熒光粉性能衰減等缺點，可廣泛應用于板上芯片封裝（chip on board，COB）集成封裝、大功率LED和貼片型LED封裝，是白光LED制造技術的又一次創(chuàng)新，具有廣闊的市場前景。業(yè)界廠家如深圳英特美光電有限公司、佛山電器照明股份有限公司、國星光電、杭州納晶照明技術有限公司等均在進行遠程激發(fā)技術的研究。

參考文獻

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