一、 研究背景

LED（发光二极管）作为新一代固态照明技术，凭借其高效节能、长寿命和环保特性，已成为全球照明产业的主流方向。2025年全球LED市场规模预计突破800亿美元，其中白光LED占据核心地位。然而，白光LED的实现仍面临光色均匀性、荧光粉效率及散热等技术瓶颈。例如，传统蓝光芯片激发荧光粉的方案易导致显色指数不足（CRI<80）和光斑问题。

近年来，Mini/Micro LED技术的突破为光色复配提供了新思路，例如通过多量子阱结构优化发光效率（>200 lm/W）。此外，智能照明系统的兴起要求LED具备动态调光调色能力，进一步推动光色复配技术的创新。

二、物理原理

（一）LED发光机制

LED（发光二极管）的发光基于半导体材料的电致发光原理。当正向电压施加于PN结时，N型半导体的电子与P型半导体的空穴在结区复合，释放能量并以光子形式发射。发光波长由半导体材料的带隙决定：例如，红、绿、蓝光分别对应镓砷化铝（AlGaAs）、氮化镓（GaN）和铟镓氮化物（InGaN）材料。白光LED的实现通常采用两种方案。方案一：三基色混合。通过红（630nm）、绿（520nm）、蓝（450nm）三色LED的光谱叠加，利用人眼视觉混色效应生成白光； 方案二：荧光粉转换：蓝光LED激发荧光粉（如YAG:Ce³⁺），通过斯托克斯位移将部分蓝光转换为黄光，混合后形成白光。

（二）光色复配的核心技术

1. RGB混色原理

基于三基色理论，通过独立调节红、绿、蓝三色LED的亮度比例（PWM调光技术），可实现全色谱覆盖。例如： 白光生成：红、绿、蓝三色光强度相等时（RGB=1:1:1），混合光近似白光（色温可调范围2700K-6500K）；色域扩展：引入黄光LED（如琥珀色）可提升红色区域显色性，适用于高保真显示场景。

2.荧光粉激发机理

荧光粉涂层通过吸收高能光子（如蓝光450nm）后发生电子跃迁，发射低能光子（如黄光570nm）。其效率受以下因素影响：激发波长匹配：蓝光芯片波长需与荧光粉吸收峰一致；涂层均匀性：旋涂工艺的厚度偏差（±20μm）会导致局部蓝光泄漏，降低白光纯度。

3.人眼感知与光谱匹配

人眼对颜色的感知基于视锥细胞的三种光敏色素（红、绿、蓝敏感区），但光谱响应曲线与仪器测量（如RGB传感器）存在差异。实验中观察到Palette取色器与人眼判断的色差（ΔE>3），表明需引入色度学模型（如CIE 1931色度图）进行光谱校准。

三、 研究目的与意义

（一）研究目的

探究RGB三色LED混合与荧光粉复配两种方案的白光生成机制，分析光色均匀性及光谱特性差异。

（二）研究意义

技术层面：优化白光LED设计，解决光斑及显色性问题，推动高显色性（CRI>90）照明产品开发；

应用层面：为智能照明、车载显示等领域提供低成本、高可靠性的光色调控方案。

四、实验材料和仪器

五、 研究内容

（一） RGB三色LED混合实验

1.方法。通过独立电路控制红、绿、蓝三色LED的电流比例（0-100%），利用积分球测量混合光色坐标（CIE 1931）。

2.参数优化。基于色温（2700K-6500K）与显色指数需求，调整三色配比。

（二）荧光粉复配实验

1.涂层工艺。采用旋涂法将YAG荧光粉均匀涂覆于蓝光LED芯片表面，对比不同厚度（50-200μm）对光效的影响。

2.激发效率测试。测量荧光粉在450nm蓝光激发下的光转换效率及热稳定性。

六、 研究结果与分析

（一）RGB混合方案

1.光色特性。红绿蓝三色混合（配比3:6:1）可生成白光（色温4000K，CRI 85），但存在中心光斑（亮度差异>15%）。

2.问题根源。LED发光角度差异（红120° vs 蓝90°）导致空间混色不均，需通过透镜优化光路设计。

（二）荧光粉复配方案

1.实验结果。未获得均匀白光，原因为荧光粉涂层厚度不均（SEM显示局部厚度偏差±20μm）及蓝光泄漏（峰值450nm残留）。

2.改进方向。采用量子点荧光粉（如CdSe/ZnS）提升色域覆盖率至NTSC 110%。

（三）人眼感知差异

Palette取色器显示RGB值（255,255,255）与人眼感知的“冷白”存在ΔE>3的色差，需引入色彩传感器实时校准。

七、 实验结论

（一）RGB三色混合方案可实现白光，但需通过光学透镜优化空间均匀性；

（二）荧光粉复配受限于工艺精度，量子点材料或为突破方向；

（三）智能调光系统需结合光谱反馈机制，以匹配人眼感知需求。

八、 展望

（一）技术融合。结合Mini LED背光技术（像素密度>1000 PPI）实现超薄均匀光源；

（二）材料创新。开发氮化镓（GaN）基Micro LED，提升发光效率至250 lm/W以上；

（三）应用拓展。集成物联网（IoT）模块，实现动态光色调节，适配智慧城市与健康照明场景。

以上内容通过结合实验数据与行业技术动态，系统分析了LED光色复配的现状与未来方向，可为后续研究提供理论和实践参考。

参考文献（根据引用编号对应搜索结果）

- [1] 九游灯光娱乐有限公司，《2025年LED行业市场调研与发展现状分析》，2025。

- [4] 中研网，《2024年LED灯具行业发展趋势》，2024。

- [5] AET电子技术应用，《 白光LED发展现状》， 2015。

- [7] 博研咨询，《 中国LED照明行业报告》， 2024。

- [8] 智研咨询，《中国LED照明发展现状》， 2023。