对于LED封装行业的从业人员来说，绕不开的一个技术关键点是LED配粉技术，尤其是对研发和工程、工艺等技术性岗位的人来说，熟练掌握LED配粉技术是非常重要的。不管是普通的白光LED还是之前文章讲到的全光谱LED、高色域LED等基本都是通过蓝光芯片+荧光粉的方式实现，而这种实现方式具体就是荧光粉的调配技术。
在每个LED封装的企业里面都有很厉害的配粉技术人员，他们要实现研发提出的技术方案或者客户需求的产品效果、光谱方案等等。很多从事配粉工作的技术人员都是通过前辈们的“传、帮、带”来学会的这门技术，最后成长为一个实操经验非常丰富的配粉技术员。但是，可能有很大一部分人都停留在能做好的这个阶段，并不一定能够深入了解实操背后的原理，也就是为什么这么做就能达到预期的效果或者为什么这么做达不到预期的效果。
比如，为什么保持荧光粉的比例不变而改变粉胶比做出来的色点是在一条斜线（芯片-荧光粉的斜率）上移动？照明产品或者背光产品的色块为什么大部分是斜四边形的划分方式？加入不同类型的荧光粉对色点变化的影响方式的原理又是什么，对光谱的影响原理又是怎么样的？当在一个LED中加入多种荧光粉时，出来的效果是荧光粉光谱的简单叠加吗？蓝光芯片的波长对色点的影响是怎么样的？这些问题都是我们在工作中经常会遇到的，通过这篇文章想告诉大家一些这方面的经验和理论理解。
要讲LED配粉技术，或者说要讲LED产品和技术，一定要先认识一下CIE 1931色度图（如图1），即我们平常所说的“马蹄图”，对于LED从业人员来说，这张图一定不陌生。我们平常见得最多的这个二维x-y直角坐标系色度图其实是由三维色度图经过一系列数学上复杂的变换和演算而得到的，由三维色度图转到二维色度图主要是为了便于我们日常工作中的使用。
二维色度图的x轴对应色坐标的x值，y轴对应色坐标的y值，可见光范围内每个颜色都对应一个坐标值（x，y）。色度图中马蹄形闭合曲线范围内的坐标点是可见光范围内的光所对应的坐标；马蹄形以外的坐标点对应的是不可见光的坐标；马蹄形这一圈曲线表示的是全部可见光单色光颜色轨迹线，曲线上每一点代表某个波长单色光的颜色，波长从390nm到760nm。通常LED行业内讲的最多是马蹄形范围内的坐标点，即可见光部分。例如我们常说的正白光对应的坐标点为（0.333,0.333）。
图1 CIE 1931色度图
接下来结合CIE 1931色度图（如图2）来说说LED荧光粉调配技术的一些基本原理。假设我们需要做目标色点的LED灯珠，理论上来说我们可以通过图中例举的红、绿、蓝三条线所对应的三种方案来做。第一种红线所对应的方案，通过峰值波长460nm的芯片加峰值波长574nm左右的荧光粉可做到目标色点。那我们是怎么确定荧光粉的波长呢？首先我们假设芯片波长确定为460nm，在CIE色图度中以马蹄形曲线上的460nm为起点和目标点之间连一条直线，直线再往上延伸到马蹄形曲线的另一侧曲线上的点所对应的波长即为所需荧光粉的波长。从图中可以看出该方案使用一种荧光粉的话波长为574nm左右，通过调整荧光粉与胶水的比例即可做到目标色点。同样的方法我们可以得到第二和第三种芯片和荧光粉的搭配方案，即470nm波长的芯片+577nm左右的荧光粉和480nm波长的芯片+581nm左右的荧光粉，同样可以做到目标色点。
以上讲的只是我们能得到结果的方法，那为什么通过这种方式就可以得到这个结果呢？这就要讲到混色原理了，所谓混色就是将2种或者2种以上单色光混合成混色光的过程。我们最熟悉的就是太阳光是由多种光混合而成的白光，平常我们所说的太阳光是由赤橙黄绿青蓝紫七种颜色光混合而成的也是这个原理。当然，所说的赤橙黄绿青蓝紫这七种颜色的光本身也并不是真正的单色光，而是一个相对宽泛的概念。回到上面说的460nm+574nm可以得到目标色点的这种混色原理就是纯粹的单色光混色，但是我们在实际中是没有单色光芯片和荧光粉来给我们应用的。比如芯片波长是460nm，只能说芯片波长在460nm左右，荧光粉的波长为574nm也只能说其波长在574nm左右。即使是这样也不影响我们在实际产业上的应用，因为实际能达到应用要求的目标色点也不是一个点而是一个小的区域范围，也就是我们说的色块或者色区的概念。后面我们还会讲到色块或者色区形成的理论解释，在这里先不详细说明。色度图中连接芯片波长和荧光粉波长的线段其实就直观的说明了混色的原理，即460nm蓝光+574nm黄光理论上来说就可以混合成我们需要的目标色点的光，同样470nm蓝光+577nm黄光和480nm蓝光+581nm黄光也可以混合达到目标色点。这其实就把理论和实际应用结合在一起了，即蓝光LED芯片+黄色荧光粉可以混合得到白光。
图2 单波长蓝光+单色黄粉混色原理示意图
现在来说说另一个问题，为什么相同的荧光粉和芯片，不同的荧光粉和胶水的混合比例得到的LED色坐标会大致分布在一条斜线（即芯片-荧光粉的斜率）上？还是以图2来说明，芯片和荧光粉固定了，也就意味着蓝光的波长和荧光粉的波长固定了。这两个波长固定了的话，根据混色的原理，混合出来的色点就在这两个波长连接的斜线上，而这个斜线就是这个组合对应的斜率。以图中红色斜线为例，红色斜线对应的即是460nm波长蓝光芯片+574nm波长黄色荧光粉的斜率。在实际配比调试过程中，加的荧光粉越多，也就是荧光粉和胶水的混合比例越大，做出来的LED色点越往上走。因为加的荧光粉越多，蓝光激发荧光粉后发出的黄光越多，整个LED发出的光中对应黄色荧光粉所发出来的黄光所占的比例就越大，混合光的色点就会越往黄光部分靠近，反之加的荧光粉越少，混合光的色点就会越往蓝光部分靠近。极限情况就是，460nm芯片不加荧光粉的情况下整个LED就是发460nm蓝光，而574nm荧光粉在没有蓝光的情况下整个LED就发574nm黄光（要注意：荧光粉是一定要有激发光来激发才能发光的）。
上面讲的是最简单的单波长蓝光芯片加一种黄色荧光粉的混色原理，在实际工作中我们遇到更多的是单波段蓝光芯片加多色荧光粉的方案，或者多波段蓝光芯片加多色荧光粉的方案。这些方案会相对更加复杂一些，但是基本原理是一致的，当有多个波段的蓝光芯片时可以把蓝光芯片发出的多个蓝光波长混合等效成单波长，多色荧光粉也可以混合等效成单色荧光粉的效果来进行考虑。就相当于于蓝光芯片和多色荧光粉先分别进行一次混色，然后混色后芯片和荧光粉发出的光再进行二次混色得到LED最终的发光颜色。二次混色的过程就跟上一段讲到的单色混色原理是一致的了。剩下的就只是需要说明一下多色荧光粉的混色和叠加等效成单色荧光粉效果的原理。还是以前面的那个例子来说明，需要做到目标色点时单蓝光460nm芯片+单574nm黄色荧光粉的方案可以实现。采用460nm单蓝光芯片+520nm绿色荧光粉+650nm红色荧光粉也是可以实现（如图3），这种实现方式就是520nm绿粉和650nm红粉需要调配到合适的比例让其混色效果达到跟574nm黄粉的效果一致，然后回归到单色的混色原理就可以做到目标点的颜色。另外，进一步拓展开来，用460nm蓝光芯片+520nm绿粉+650nm红粉理论上可以做到图3中红线和绿线所形成的夹角与色度图曲线所包围的区域内任何一点的颜色，只是520nm绿粉和650nm红粉的比例不同、粉胶比的不同而已。绿粉的比例越高所做的色点越偏向于绿色部分，红粉的比例越高越偏向于红色部分。同理，多波段的蓝光芯片+多色荧光粉的混色也可以通过这种方式得到。当有多种颜色的荧光粉进行混合时，理论上能做到的颜色区域最大的范围取决于波长最短的绿色荧光粉和波长最长的红色荧光粉。这只是荧光粉调配技术涉及到的最基础的原理，了解了这些原理之后我们可以举一反三地运用到工作中。在常规照明产品、全光谱产品的配粉过程中，还需要满足一些其他的参数要求，如显指Ra、特殊显指、光效、光通量、色温、色点等，背光产品需要满足色域、光通量、光效、色点等参数要求，都是通过不同芯片和荧光粉的组合搭配来实现，这里就不进行具体说明。
图3 多色荧光粉混色原理示意图
说到LED配粉技术，我们还会关注到的一个点是色区或者说色块的划分方式，照明产品、背光产品或者其他应用的LED灯珠的色块是根据什么来划分的呢？在实际工作中我们会发现，做LED封装的企业基本上不同的企业对LED色块的具体划分都是有差异的，有可能是斜率不太一样、色块的大小不太一样、x坐标和（或）y坐标值的跨度不同等。通常来说，通用照明产品的色块划分基本都是根据色温来的，同时需要考虑色容差的大小。背光产品最开始很多是基于终端客户所匹配的液晶玻璃来划分的色块，应用得很广泛的液晶玻璃对应的色点会对应不同封装厂商的色块划分，逐渐的就形成了现在大家广泛应用的色块划分方式，同时色块划分的大小还需要考虑终端应用的色差接受度以及封装能做到的色块良率等因素。比如在背光领域，高色域灯珠封装采用的是β塞隆绿粉+KSF体系红粉的方案来做，而这个荧光粉方案做出来的色点分布范围会比常规YAG荧光粉方案大很多，有很多企业就会将色块范围划大，以此来提升色块良率。另外，国内很多封装企业最开始划分色块的时候是参照国外某些标杆大企业来划分的，这样也不失为一个很好的方式。
在同一批次的LED灯珠中，色点的分布是怎么形成的呢？即为什么同一批次做出来的LED灯珠色点不能都做到同一个点而是有一个分布范围？就类似于“世界上没有两片相同的树叶”——世界上也没有两颗相同的LED。要解释这个问题，需要从三方面来说明，首先是LED封装所使用到的材料（主要影响色点分布范围的材料是芯片和荧光粉）；其次是LED灯珠的封装工艺和设备；最后是LED灯珠所使用的测试设备的精度和重复性。对于LED封装所使用到的材料来说，蓝光芯片通常是按2.5nm来分档的，也就是说同一片芯片蓝膜上会有2.5nm范围内不同波长的芯片。LED封装用荧光粉也是一个具有波长分布特性的材料，其波长分布基本是接近正态分布。综合这两个主要材料的因素，结合上面说明的混色原理就很容易理解，同一批次LED灯珠色点是一个分布范围而不是一个点。对于LED的封装工艺和设备来说，对LED灯珠色点分布影响最大的工序是点胶工序，荧光胶混合的均匀性、同一台点胶机不同时间点胶时出胶的一致性、不同点胶机台之间的胶量一致性、荧光粉在点胶过程中的沉降等等。这些因素叠加在一起会导致实际做出来的每颗LED灯珠都会有细微的胶量差异，而这些细微差异就会导致LED灯珠出来的色点是一个分布范围。对于LED灯珠所使用的测试设备的精度和重复性方面来说，一方面是标准件和标准机的精度和重复性，另一方面是分光机的精度和回BIN率，还有分光机校机的精度等，这些方面的差异也会导致LED灯珠色点呈现一个分布范围。
最后再说明一个问题，当在LED中加入多种荧光粉时，出来的效果是荧光粉光谱的简单叠加吗？——当然不是。荧光粉光谱都是有一定的半波宽，有些荧光粉的半波宽宽，有些荧光粉的半波宽窄。在多种荧光粉混合的LED中，多种荧光粉会同时被蓝光芯片激发，发射光谱有些会相互重叠，重叠的位置光谱会得到加强。有些荧光粉混合激发过程会有重吸收的现象（所谓重吸收是指波长较长的荧光粉会吸收一部分波长较短荧光粉发出来的光，这样就会降低短波荧光粉的发射光谱和能量）。比如有些红粉的激发波长覆盖到了绿粉的发射波长，这两种粉一起使用的话，红粉就会对绿粉有重吸收的现象，从而降低了绿光波段范围的光谱和能量。
以上是对LED配粉技术一些理论联系实践的解释和说明。文章主要是分享一些其中的逻辑和基本原理，并未就某个具体的方案告诉大家怎么进行荧光粉的调配，因为如果针对某个具体的方案来讲的话就不具有普适性了。我们在实际工作中，不管是做常规照明、全光谱LED、植物照明还是背光LED产品，这其中的逻辑和基本原理都是想通的。
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