嵌入轨道磁吸灯吊顶？光源器件的创新偏向（全光谱手艺、康健照明）及趋势展望

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光源器件的创新偏向（全光谱手艺、康健照明）及趋势展望

2022-02-18    

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　　1康健照明的需求

　　经由已往十年的半导体质料手艺生长和制造工艺的提升，白色发光二极管（led）作为新型的固态发光器件已经逐渐取代了传统光源。其高光效、低能耗、无污染、长寿命等优点，使其在灯具市场的渗透率连年递增。然而，随着LED光源的快速生长，种种照明应用对光源提出了新的要求。人们从最初的对LED光效和成本的重视逐渐生长到对其光品质和康健的追求。现在市场上一些光源的光谱缺失、色彩还原性差，一些LED灯由于驱动电源等使用欠妥，存在频闪、眩光、用眼平安等诸多问题，用户体验不佳。因而为了相符消费者对生涯品质以及恬静度的需求，高光品质、恬静康健的照明手艺成为近期市场的生长主流趋势，也对白光LED封装及模组手艺提出了新的挑战。

　　2全光谱白光的手艺方案

　　现在实现白光的方式主要有以下两种：第一种是通过多色LED多芯片组合（无荧光粉）实现白光。该手艺蹊径主要要解决“黄色鸿沟“问题，黄光LED芯片成为主要手艺瓶颈。以南昌大学江风益教授代表的研究团队正致力于研究硅衬底高光效黄光LED芯片的开发，并取得了要害性希望，黄光LED电光转换效率突破22．7％，达业界领先（图1）。由于此实现白光的手艺蹊径对各色芯片的要求较高、初期成本较贵，且思量到多色芯片长时间热态使用可能泛起的光色差异导致色温不稳固性问题，应用领域虽潜力伟大但现在仍受到一定限制。

　　第二种方式是单色LED芯片引发多种荧光质料实现延续白光光谱。由于芯片质料及结构单一、简朴、封装及控制成本较低，是当前实现全光谱白光的主要方案。通过在蓝光或其他单色LED芯片上涂敷荧光质料转化成白光，因此荧光质料是决议白光质量和色彩还原效果的要害因素。已往市场通例的蓝光芯片＋黄色或绿色／红色荧光粉组合模式，会发生白光LED蓝光过剩、短波青光（～490nm）缺失、长波红光不足问题。新型全光谱LED在芯片和荧光粉选择及配比上举行了较大改善和优化，从而到达近似于自然光的高品质白光照明体验。

　　高品质白光LED照明体现在恬静性、真实性、平安性、康健性四个方面。其具备优异的视觉恬静性（适当的亮度和亮度平均性，无闪灼和眩光），高显色性，用眼平安和迎合昼夜节律调治等特点，知足消费者心理和心理康健。从LED封装的角度来说，高品质白色LED光源应具备较高的显色性以出现物体的本真颜色，即光源光谱更靠近于太阳光或白炽灯尺度光源，延续性佳，平滑平均。其次，光源不含紫外（UV）及红外（IR）辐射、并相符人眼敏感曲线。同时，知足对光质量、色饱和度分辨率要求高的场所。例如：高保真、色饱和度照明相符博物馆、画廊的需求；用于商业照明能够提供较少色差的购物环境，有利于商品的销售；用于手术灯照明可以准确显示血液，皮肤以及伤口组织的颜色；用于教育照明还原书籍画面强，提高学习注重力；用于摄像摄影实况转播，优越的色彩饱和度和高保真度使气氛还原加倍清晰真实；用于家居照明，高品质的白光使人们感受更恬静，加倍享受生涯。为更精准的权衡光源还原物体颜色的能力，业界最先接纳新的方式来评估对比差异光源的色品质显示，好比，在CRI测试基础上增添IES TM－30－15评价尺度对颜色保真度（RF）和颜色色域度（RG）双参数系统举行评估，针对性地解决了CRI系统中对比色代表性不足、色空间纰谬称、参考光源不延续等问题。此外在光谱设计时，思量较低的高能蓝光占比以削减潜在的蓝光危害，及通过封装设计和传感来调控LED色温及亮度随日照转变及使用场景的需求，并相符人体心理节律。

　　3蓝光危害与康健光源的特征

　　虽然来自学术界、工业界、医学界的专家已经杀青了基本共识，即准确使用及格的白色LED照明产物对人眼来说是平安的，但人眼感应蓝光的锥状细胞的最大吸收波长（440－450nm）与常用蓝光芯片的发光波长及视网膜蓝光危险特征曲线有很大的重合，因此，人们会稀奇关注高能蓝光对敏感人群人眼的影响。如图2所示，蓝光危险曲线是指波段位于415－455nm（峰值：435－440nm），由于波是非，能量高，可以穿透晶状体到达视网膜，光功率中的蓝光因素对视网膜可能造成潜在的化学损伤，加速黄斑区细胞的氧化，引起视觉疲劳和视网膜疾病，如暮年性黄斑变性（AMD）。海内外已推出一些相关的平安尺度和参考文件作为支持。IEC／EN 62471：2006已经确立了关于评估灯具的光生物平安性的方式。北美的ANSI／IESNA RP－27确立了灯具和灯具系统的光生物平安相关尺度。IEC／TR 62778划定了一样平常照明服务灯具种其余问题，并提供了对LED照明产物应用蓝光危险分类的指导。灯具通用平安要求尺度EN 60598－1：2022针对LED灯具的要求更新主要包罗：针对LED光源的蓝光危险，增添了明确的危害品级要求（RG0／RG1／RG2／RG3）；而且基于差其余危害品级，有响应的标签、说明书及牢靠灯具的安装要求。此外，思量到儿童和老人的眼睛结构对蓝光的透过率、敏感性与成年人相比相对较弱，现在已有一些针对他们对蓝光危害的遭受能力的评价方式研究，但还没有统一的尺度。另外，高能蓝光危害的水平与剂量有关。蓝光的强度越大，危害品级也就越高。

_ueditor_page_break_tag23_ 　　下面三个参数相乘，才气获得蓝光的剂量：

　　1、光源光谱中自己包罗蓝光因素的比重;2、光源自己的亮度;3、受到蓝光照射的时间。

　　而这三点，也是灯具设计者防止受到蓝光危害而常接纳的三个偏向：

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　　1、选择色温低的光源;2、降低光源的亮度，方式如增添扩散板，阻止光源直射眼睛;3、不要在很强烈的光环境中事情时间太久。除此之外，我们可以思量从光源设计最大限度降低高能蓝光占比。

　　然而，蓝光又是白光的基本组成部门。光谱中的蓝光波长局限400-500nm的视觉历程包罗颜色感知的主要波长。而且有研究解释，465-495nm蓝光在昼夜节律中起着至关主要的作用(图2)。由于这部门的光可以抑制褪黑素的发生，在日间光谱中增添此部门可以保证作业效率，使人保持苏醒、警醒的状态，促进事情起劲性、专注性。而在夜晚，通过降低蓝光或色温以到达促进睡眠、调整时差等功效。因此，凭证一天中的差异时间与生涯需求，综合视觉恬静度、眼睛平安、昼夜节律需求，通过光源的设计，色温延续可调的COB封装，与传感器和控制器连系，可实现色温顺亮度的延续可调性，以知足种种场景及与日照时间相匹配的高性能照明要求(图3)。通过对LED光谱的有用调治和控制，LED在光品质和艺术效果上也逐渐逾越了传统照明。甚至在被以为传统照明保有相对优势的旅店和零售商业照明领域，LED光源也能提供加倍丰满的色彩还原效果。

　　4相关企业与代表性产物

　　美国SORRA公司率先推出全光谱光源产物，接纳GaN衬底生长制作紫光LED芯片，引发红绿蓝三种荧光粉将紫光转换为白光，包罗了400-700nm的可见光谱，CRI95和R9大于90，对含400-480nm引发的灼烁剂物体有亮白效果。近期，日本丰田合成及首尔半导体公司也通过类似的紫光或低波长蓝光引发荧光粉转换方式，响应推出全光谱白光系列光源，好比，在200mA驱动下，5000K色温LED光效达110lm/W，实现了与自然光较靠近的光谱(图4)，准确地出现物体在自然光中的颜色和结构，这种全光谱白光实现方式近期引起了商业照明的关注。

　　此外，市场上实现高品质白光的另一条手艺蹊径是在模拟太阳光的延续光谱的同时，只管降低对人眼有害的UV和高能量蓝光光谱，在实现高显色指数的同时，不显著牺牲流明效率;在保证使用新型荧光质料的信托性的同时，不增添质料及制造成本。好比易美芯光2022年广州光亚展推出的接纳蓝光引发多种荧光粉实现类太阳光的全光谱系列产物。此类全光谱LED光源正是基于以上几点思量，兼顾光效、光品质、成本及康健照明应运而生的产物。接纳特定波长蓝光LED芯片引发红、绿、青色等多种荧光粉，实现光谱可调的白光光源。通过优化芯片波长和功率，及与荧光质料吸收及释放波谱的配方，大幅提高照明LED光源的光谱延续性、色饱和度、显色指数，同时通过青色荧光粉对蓝光的吸收，甚至实现二次转光，有用降低蓝光占比。许多LED封装公司也在加速开发蓝光引发的全光谱照明LED光源，近期朗明纳斯、宇极芯光、瑞丰、聚飞等也相继推出响应产物。

　　依托不停研发新型荧光质料与LED芯片的合理配比，优化光源光谱，同时引入智能控制系统，以实现真正意义上的康健绿色生态照明。由于照明细分应用的差异需求，光源提供商可凭证光效、色彩要求、显指参数、康健指标、及成本等举行权衡和优化。好比，企业针对差其余应用领域开发出了通用全光谱悦目、护眼台灯全光谱LED(图5)、影视灯全光谱LED等差异系列产物。

　　5结语

　　本世纪以来，短短的的二十年时间，中国LED产业的取得了引人瞩目的乐成，从一个无手艺、无规模的产业，生长到今天产业链齐全、手艺先进、拥有全球最大制造规模的产业。上、中、下油各环节的企业从珠三角拓展到长三角和天下各地，规模不停壮大，国际竞争力不停获得提升。随着产业链竞争力增强，LED器件封装名目也在改变，近年来海内制造商的进取精神施展到极致，无论是芯片照样封装产业，都在放肆扩产，产线以数十数百的单元扩张，而国际厂商在已往几年基本上没有扩产。

　　在生产手艺和装备方面，LED封装制造产线也已经鸟枪换炮了，现在的LED封装制造产线，大部门工艺都实现了自动化，并不停向着智能化互联自控手艺生长。在封装结构上，从最先的引线框架式封装到多芯片阵列组装，再到现在的DSP，倒装手艺以及如日中天的Mini LED，封装手艺仍在市场需求的推动下高速地向宿世长。在器件的质量环节，随着LED光效商业化地攀过了180lm/w的岑岭，人们逐步将关注重点从器件的光效转到更高要求的光色要求，在关注节能的同时更希望知足康健和情调照明的要求。

　　本白皮书试着从几个侧面来剖析这波涛壮阔的LED光源产业全貌，挂一漏万也好，管中窥豹也罢，只望能给企业的决议者、产物的开发者一个有益的参考，以便看清LED光源器件的生长偏向，清晰现在各环节一外洋最高手艺的差距，明了人们对照明产物的深条理需求，促进我国的LED创业生长。

　　悦目系列：具有还原物体颜色真实生动的特征，综合思量了高显色性/低高能蓝光/高光效/低成本的各项指标，为通用型98显指LED，适合应用于商照/教育/医疗/艺术展厅/家居等。

　　全光谱护眼台灯系列：着重思量到发展发育的孩子眼睛结构及对光的透过率、敏感性和成人的差异，遭受蓝光的能力相对较弱，对于使用时间较长、使用距离近及具有的照度需求的台灯，需要关注高能蓝光因素对视网膜可能造成的损伤。如图5所示，通过LED光源的怪异设计，在高显指悦目系列基础上，进一步降低短波高能蓝光占比，同时保障高波段蓝光的比分以促进事情起劲性及专注性，提高学习及事情效率。

　　全光谱影视灯系列：除具有较高的显色性外，知足R1-R15所有大于90的挑战，具有极佳的保真及色饱和度;较高的电视照明一致性指数(TICL=99)使得电视摄像、摄影机输出端画面的色彩真实清晰生动。

　　全光谱手艺不限于某种特定的封装形式，可凭证差其余应用需求封装成SMD、COB、Flash、DOB等模组产物，为高品质照明生涯提供多样天真的LED灯珠与解决方案。

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