張榮森

現今白光LED的產生方式有透過藍光LED晶片激發螢光粉產生白光，螢光粉組成類型則有（1）單劑型：使用產生黃光的Silicate螢光粉或YAG螢光粉，（2）混合型：使用產生綠光的β-SiAlON螢光粉加產生紅光的KSiF螢光粉。 一般白光LED只考慮到白光色點是否可以更為精準，而其應用在顯示器是否可以得到更大的色域涵蓋範圍，並不會將混光後的白光分光再使用，因為不同螢光粉的激發高峰和能量消散有時間差，到達激發高峰前和消散過程中有連續的顏色變化，本研究利用調控時間差以觀察到白光LED的多色變化。 本研究利用脈衝寬度調變(PWM)方式，固定輸入電源的頻率，以改變佔空比(Duty cycle)的方式來進行實驗，用藍光LED晶片激發混合型螢光粉；產生綠光的β-SiAlON(波長530nm)螢光粉和產生紅光的KSiF(波長700nm)螢光粉；以10Hz的發光頻率，分別以佔空比40%、50%、60%、70%、100%等五個條件值，相對的開關時間間隔分別為0.04秒、0.05秒、0.06秒、0.07秒、常開，使用高速攝影機以240fps的拍攝條件觀察兩種類螢光粉激發時間差，再以1Hz和佔空比50%作為參考背景，比較各個條件下的光色數量和能量變化。 實驗結果顯示： 1. 藍光單獨照射β-SiAlON螢光粉時，激發到能量高峰需時約0.0042秒，β-SiAlON螢光粉能量消散需時約0.0042秒，上升與下降的時間比例約1:1，藍光單獨照射KSiF螢光粉時，激發到能量高峰需時約0.0168秒，KSiF能量消散需時約0.063秒，上升與下降的時間時間比例約1:4。 2. 藍光照射β-SiAlON加KSiF混和型螢光粉時，因β-SiAlON螢光粉，激發到能量高峰產生綠色的時間為0.0042秒比KSiF到能量高峰產生紅色的時間0.0168秒快4倍，所以會先看到青色光再看到白色光。 3. 藍光照射β-SiAlON加KSiF混和型螢光粉時，因β-SiAlON螢光粉，綠光能量消散的時間為0.0042秒比KSiF螢光粉紅光能量消散的時間0.063秒快15倍，所以當斷電時，青色光只有0.0042秒，之後0.063秒的過程只看到紅色光斑逐漸轉暗到完全熄滅，混和型螢光粉白光LED亮暗全程時間，到達白光能量高峰時間為0.0168，消散時間為0.063，與兩種螢光粉分開獨立照射所得結果完全一致。 4. 實驗中混和型螢光粉白光LED佔空比40%、50%、60%、70%中ON的時間，分別為0.4、0.5、0.6、0.7，都大於到達能量高峰的0.0168秒，所以無法避開合成白光的時間，所以在形成白光前的顏色變化都一樣。 5.在能量高峰前，ON時間低於時0.0168秒，能調制出R:G:B比例的光，在OFF後，能調制出R:G:B、R:G、R比例的光。 6.人眼視覺暫留約0.0625秒，當PWM的佔空比Ton的時間小於0.0625秒時就可以看到較長時間的紅光。 在現階段LED或是LCD產業中，會面臨白光LED混光時間無法被清楚定義，而造成產品產生無法預期的雜訊光；本研究方法可以解決所有LED應用之產品在檢驗和設計過程中，改善電源的開關時序，以避免產生雜訊光，另一方面可以提升單色光LED透過簡單的電源控制方式而產生多色光，增加單一LED可應用的場景，如光通訊、顯示、照明等，以減少資源的浪費。