基于RGB LED的色彩可調(diào)照明的優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用

使用LED生成白光的方法有兩種：混合紅色，綠色和藍(lán)色（RGB）芯片的發(fā)射（參見(jiàn)TechZone文章“通過(guò)添加 - 不減去顏色來(lái)創(chuàng)建白光”）或組合帶有黃色熒光粉的藍(lán)色設(shè)備（參見(jiàn)TechZone文章“更白，更亮的LED”）。這兩種方法都運(yùn)行良好，但后者更受歡迎，因?yàn)樵撓到y(tǒng)具有更高的功效。但是，結(jié)合RGB LED的優(yōu)勢(shì)在于它允許制造商引入可調(diào)色的固態(tài)照明，從而使消費(fèi)者能夠快速輕松地改變房間的氛圍。例如，臥室的照明可以從黃白色變?yōu)榉奂t色，以鼓勵(lì)睡眠。但是，盡管RGB LED照明具有顏色可調(diào)的性質(zhì)，但在效果之前它可能仍然是新奇的。綠色LED的顏色與藍(lán)色和紅色設(shè)備的顏色相匹配，因?yàn)橄M(fèi)者不太可能僅為了花哨的照明而損害他們的電費(fèi)。幸運(yùn)的是，變革正在進(jìn)行中。制造商，尤其是Philips Lumileds，正在推出新穎的解決方案，克服綠色LED的缺點(diǎn)，并將RGB LED照明轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)用主張。

量子效率低

基于RGB LED的產(chǎn)品可能會(huì)獲得一些市場(chǎng)份額顏色可調(diào)性的“有趣因素”，就目前的形式而言，它們不會(huì)挑戰(zhàn)藍(lán)色LED/黃色熒光粉白光LED用于主流照明應(yīng)用，因?yàn)樗鼈兊墓πл^低。

功效（lm/W）是神圣的用于LED制造商的Grail因?yàn)樗枪虘B(tài)照明和傳統(tǒng)照明之間的主要區(qū)別（參見(jiàn)TechZone文章“大功率LED的下一步是什么？”）。 LED現(xiàn)在已經(jīng)過(guò)優(yōu)化，它們甚至開(kāi)始挑戰(zhàn)甚至熒光燈管（其效率為50到100流明/瓦）。 Cree最近推出了Xlamp XM-L系列的白光LED，產(chǎn)生123流明/瓦（正向電壓為2.9 V，正向電流為700毫安）。

RGB LED功效的主要阻力是綠色設(shè)備。綠色LED的外部量子效率（EQE）約為25％，而藍(lán)色和紅色設(shè)備的峰值功率轉(zhuǎn)換效率分別超過(guò)81％和70％。歐司朗采用OSLON SSL系列制造640 nm紅色LED，效率為487 mW/W（2.55 V，350 mA）。由于技術(shù)原因，藍(lán)色和紅色LED的效率采用mW/m的輻射測(cè)量進(jìn)行表征W而不是用于綠色和白色LED的lm/W的常用功效測(cè)量（參見(jiàn)TechZone文章“Royal Blue LED：解碼數(shù)據(jù)表”）。同樣，Cree的Xlamp XT-E系列458 nm皇家藍(lán)LED產(chǎn)生489 mW/W（2.85 V，350 mA）。

綠色LED難以達(dá)到其他類型LED效率的原因很復(fù)雜，但是對(duì)于基于鋁鎵銦磷化物（AlInGaP）半導(dǎo)體的芯片，問(wèn)題歸結(jié)為這樣的事實(shí)：由于相對(duì)較低的頻帶，改變半導(dǎo)體的成分使其在光譜的綠色部分中發(fā)射導(dǎo)致載流子限制不足。材料系統(tǒng)的差距。換句話說(shuō)，電子泄漏而不是與空穴輻射重新組合以釋放光子。

兩種不同的挑戰(zhàn)面向基于氮化鋁鎵（AlGaN）系統(tǒng)的芯片。首先，綠色AlGaN LED具有極高的內(nèi)部壓電場(chǎng)。因此，對(duì)于給定電流，盡管帶隙較低，但必須施加的電壓高于其他顏色。高驅(qū)動(dòng)電壓降低了功率轉(zhuǎn)換效率。其次，綠色LED受到效率下降的困擾，內(nèi)部量子效率隨著電流密度的增加而穩(wěn)定下降。所有LED都出現(xiàn)下垂，但其在綠色設(shè)備中的影響要大得多，導(dǎo)致常見(jiàn)工作電流的效率低（參見(jiàn)TechZone文章“確定LED效率下降的原因”）。圖1顯示了“綠色間隙”，即可見(jiàn)光譜的一部分，其中LED的效率逐漸消失。1

圖1：綠色LED遭受外部量子效率不佳的影響。

Lime-綠色LED搶奪風(fēng)頭

藍(lán)色發(fā)射器/黃色磷光體白色LED的顏色是固定的（盡管隨著LED和磷光體老化，它可以在更長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)變化）。相比之下，通過(guò)在RGB LED的驅(qū)動(dòng)器中實(shí)現(xiàn)一些控制電子元件，用戶可以巧妙地改變?nèi)齻€(gè)LED的相應(yīng)強(qiáng)度，以改變顏色輸出并改變房間的氛圍。

由于這一引人注目的優(yōu)勢(shì)，LED制造商熱衷于使RGB LED在照明方面更加實(shí)用，從而鼓勵(lì)消費(fèi)者通過(guò)解決綠色芯片效率低下的問(wèn)題來(lái)大量購(gòu)買。市場(chǎng)上已有一些設(shè)備比昨天的產(chǎn)品有明顯的改進(jìn)。 Cree的XLamp XP-E系列528 nm綠色芯片可產(chǎn)生健康的84 lm/W（3.4 V，350 mA）。但是，在沒(méi)有高效綠色LED的情況下，飛利浦照明采用了不同的方法色調(diào)可調(diào)燈泡。飛利浦照明不再使用傳統(tǒng)的綠色設(shè)備，而是將Hue的RGB光引擎的綠色元素基于Philips Lumileds的Rebel ES系列的石灰綠色LED（圖2）。

石灰綠色設(shè)備不是純粹的 - 彩色LED，相當(dāng)于藍(lán)色發(fā)光體和專有石灰熒光粉的組合，克服了綠色設(shè)備的效率問(wèn)題。根據(jù)Philips Lumileds的數(shù)據(jù)表，這種藍(lán)色LED/綠色熒光粉組合的功效可達(dá)190 lm/W（2.75 V，350 mA）。

圖2：Philips Lumileds是在彩色可調(diào)應(yīng)用中為RGB光引擎提供石灰綠LED。

RGB LED具有優(yōu)于白光LED的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)，它具有更好的顯色指數(shù)（CRI）。 CRI衡量光源與太陽(yáng)光相比再現(xiàn)物體顏色的程度（參見(jiàn)TechZone文章“什么是顯色指數(shù)及其重要性？”）。該公司聲稱使用石灰綠LED可以通過(guò)使CRI值高于90的固態(tài)照明產(chǎn)品最大化這一優(yōu)勢(shì)。

基于使用石灰綠色芯片的RGB LED，Hue燈泡擰入標(biāo)準(zhǔn)燈座。無(wú)線連接允許基于智能手機(jī)或平板電腦的應(yīng)用程序改變燈泡的輸出（圖3）。該應(yīng)用程序?qū)ED輸出顏色與應(yīng)用程序中的彩虹調(diào)色板相匹配，甚至與用戶喜歡的圖像相匹配。

Hue燈泡啟動(dòng)器套裝并不便宜。燈泡本身的零售價(jià)約為60美元，是飛利浦Ambient燈泡發(fā)出令人愉悅的白光的價(jià)格的三倍多。因此，飛利浦目前正在銷售這些設(shè)備作為Apple Store等零售商的有趣小工具。但是，隨著價(jià)格的下降以及消費(fèi)者明白Hue燈泡消耗的電量不會(huì)超過(guò)白色LED，該設(shè)備可能會(huì)進(jìn)入主流市場(chǎng)。其他制造商希望盡快推出類似的產(chǎn)品。

圖3：飛利浦Hue燈泡配備了基于智能手機(jī)的應(yīng)用程序，允許用戶改變顏色輸出（感謝飛利浦照明）。