照明終端用戶對LED光源的光效、壽命、顯色性的要求日益提高，這對作為白光LED不可或缺的熒光粉的技術(shù)和性能提出更高的要求?，F(xiàn)階段市面上常規(guī)的LED熒光粉仍然存在明顯缺陷，各企業(yè)正在尋求技術(shù)突破口，以形成新的盈利增長點，同時LED熒光粉市場技術(shù)的重心也隨之發(fā)生了明顯的變化。
國內(nèi)熒光粉一線品牌企業(yè)科恒股份(股票代碼：300340)在今年6月份的光亞展上推出一種被稱為接近太陽光的綠色健康環(huán)保全光譜LED熒光粉方案，為解決目前LED光源存在的“富藍(lán)化”危害指明了方向。那么，未來這一具備高顯色全光譜特性的LED熒光粉是否將占據(jù)主流地位并引領(lǐng)全光譜照明新時代?
LED暗藏“富藍(lán)化”危害
自中村修二研發(fā)出高效藍(lán)光LED技術(shù)，LED照明真正走上商業(yè)化道路，進(jìn)入LED照明普及時代。這一節(jié)能環(huán)保光源對人類環(huán)境產(chǎn)生巨大影響，若將所有照明燈具替換為LED燈，每年全球至少節(jié)約用電15200億千瓦時，可減少用煤至少5億噸，減少二氧化碳排放13億噸，減少二氧化硫排放420萬噸。而且，LED具智能可控及使用范圍廣的屬性，是未來物聯(lián)網(wǎng)時代、智慧城市的最佳載體，因而逐漸受各大科技互聯(lián)巨頭追捧。
LED的發(fā)展勢頭正猛，但其產(chǎn)生的“富藍(lán)化”藍(lán)光危害近年在業(yè)內(nèi)外引起眾多輿論。研究表示，因藍(lán)光輻射的峰值波長與視網(wǎng)膜藍(lán)光傷害特征曲線和人體非視覺感光曲線有比較大的重合，所以過多的藍(lán)光用于室內(nèi)照明，會對人的生理、心理和視神經(jīng)等產(chǎn)生一系列影響。
一是視覺上，LED中的藍(lán)光可以穿透晶狀體到達(dá)視網(wǎng)膜，對視網(wǎng)膜造成光化學(xué)損害，加速黃斑區(qū)細(xì)胞的氧化，引起視力下降、白內(nèi)障、失明等不同程度的眼疾;二是生物效應(yīng)上，白光LED中大量的藍(lán)光對褪黑色素的抑制，會導(dǎo)致睡眠紊亂以及一系列功能失調(diào)。國內(nèi)外最新的研究均表明其“富藍(lán)化”的光譜質(zhì)量容易影響人的司辰節(jié)律，從而降低免疫力。
此外，LED產(chǎn)業(yè)經(jīng)過近幾年的迅猛發(fā)展，性能大幅提升，產(chǎn)業(yè)化LED的光效已經(jīng)可以達(dá)到239Lm/W，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了在照明方面的應(yīng)用要求。然而，在通用LED照明領(lǐng)域?qū)Ω吖庑?、高色溫的追逐無形中也加劇了“富藍(lán)化”的危害，人們開始重視對光品質(zhì)的追求。
熒光粉是“元兇”?
眾所周知，目前常用的白光LED主要是靠藍(lán)光激發(fā)熒光粉產(chǎn)生多種顏色混合而成，因熒光粉可以補(bǔ)充LED芯片發(fā)光波長以外的不同光譜需求，搭配產(chǎn)生不同光色，熒光粉的質(zhì)量對于白光LED起關(guān)鍵性作用。為切合終端用戶需求，下游芯片級封裝企業(yè)也對上游LED熒光粉材料提出了更高的要求?！罢彰鲗馍焚|(zhì)的要求重點體現(xiàn)在熒光粉性能要求上，如高顯色性、全光譜波長、激發(fā)效率、粒徑分布的均勻性、耐高溫特性及長時間老化的顏色漂移離散性等?！毙裼罟怆娖嚐羰聵I(yè)部總經(jīng)理鄧玉倉指出。
除了對熒光粉的色彩飽和度、還原度及穩(wěn)定性等技術(shù)方面的要求外，瑞豐光電研發(fā)總監(jiān)陳華認(rèn)為熒光粉還需在性價比上進(jìn)行提升。
科恒股份LED事業(yè)部總經(jīng)理陳濤表示，目前市面上的LED光源所搭配使用的LED熒光粉在450-460nm的藍(lán)光下激發(fā)時，其藍(lán)光吸收轉(zhuǎn)換效率不足，主要缺少480nm-505nm的藍(lán)綠光和660nm-700nm的深紅光。尤其是色溫達(dá)到5000K以上的高色溫白光，會出現(xiàn)大量藍(lán)光未能被有效轉(zhuǎn)化的情況。
具體來看，不同波長的光對視網(wǎng)膜危害的光譜加權(quán)函數(shù)如下：
而從上表可以看出，450-460nm段的藍(lán)光危害加權(quán)函數(shù)非常高，正反映出市場上現(xiàn)有熒光粉方案確實存在“富藍(lán)化”危害的隱患。
[NT:PAGE]突破局限該從何著手?
針對“富藍(lán)化”的隱患，科恒股份率先在LED熒光粉的光譜局限性上作出實質(zhì)性改良，并適時推出相應(yīng)產(chǎn)品和方案。陳濤表示，科恒研發(fā)團(tuán)隊首先對目前LED光源光譜中主要缺少的光譜部分進(jìn)行分析研究，確定所需新增的發(fā)射光譜范圍后，研發(fā)出對應(yīng)的新型LED熒光粉;接著針對其發(fā)光性能進(jìn)行提升，通過封裝應(yīng)用驗證后再優(yōu)化改進(jìn)新型材料，最終得出一套有效提高照明LED光源光品質(zhì)的全光譜應(yīng)用方案和產(chǎn)品。
如上圖，高顯色全光譜LED光源與常規(guī)LED光源光譜對比，兩者最大的區(qū)別在于前者增加了490nm、660nm左右發(fā)射峰，補(bǔ)足了常規(guī)LED光源缺少的光譜部分，使得整體光譜連續(xù)性大大增加，從而接近于太陽光全光譜。
——圖文內(nèi)容摘自《高顯色全光譜LED特性及其對解決藍(lán)光危害的貢獻(xiàn)》
另外，陳濤表示，科恒著重專利的維護(hù)，在2014年便為此申請兩篇發(fā)明專利：《一種氮氧化物熒光粉及其制備方法》和《一種全光譜LED熒光粉及其應(yīng)用》，目前兩篇專利均已獲得授權(quán)?？坪阋宰陨淼膹?qiáng)硬的技術(shù)研發(fā)能力取得原創(chuàng)性專利，突破國際傳統(tǒng)熒光粉企業(yè)布下的嚴(yán)密專利網(wǎng)，未來將可盡情“暢游”于國內(nèi)外市場。
“我們的目標(biāo)是Ra99甚至Ra100”
全光譜LED熒光粉正是為提升照明LED光源光品質(zhì)應(yīng)運而生的產(chǎn)品，它大幅提高照明LED光源的光譜連續(xù)性、色域飽和度、顯色指數(shù)，有效降低藍(lán)光危害。
據(jù)科恒股份LED事業(yè)部技術(shù)總監(jiān)馮榮標(biāo)介紹，全光譜LED熒光粉的主要應(yīng)用分為兩種：第一種是針對性提高顯色指數(shù)和光效，目前其顯色指數(shù)Ra可達(dá)到97甚至98以上，而在同樣顯指的前提下，其光效可比目前市面上的雙粉方案提升約2%，這種應(yīng)用主要是追求性能優(yōu)先，但光譜連續(xù)性不夠完美。第二種應(yīng)用是追求最佳的發(fā)射光譜，模擬太陽光光譜，其光譜缺陷可以降到最低，有效降低藍(lán)光危害，但在光效上會略微下降。
“Ra97甚至Ra98都不是我們的目標(biāo)，我們的目標(biāo)是Ra99甚至Ra100?！瘪T榮標(biāo)表示，科恒未來將繼續(xù)優(yōu)化全光譜LED熒光粉在近紫外光、超短波藍(lán)綠光和超長波紅光方面的發(fā)射范圍和強(qiáng)度不足的問題?，F(xiàn)階段全光譜LED主要應(yīng)用于手術(shù)燈、攝影燈、護(hù)眼燈、博物館照明、高端場所照明等對光譜質(zhì)量要求高的領(lǐng)域。因其成本暫時相對于普通LED熒光粉較高，在普通的照明LED光源方面，受價格制約，推廣阻力較大。
依托二十年的發(fā)光材料經(jīng)驗積累及技術(shù)創(chuàng)新能力，科恒將堅持不斷研發(fā)新的熒光粉材料，盡快補(bǔ)充所缺失的光譜部分，甚至實現(xiàn)二次轉(zhuǎn)光，消除藍(lán)光危害，同時引入智能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)真正意義上的健康綠色生態(tài)照明。另外在成本方面也會進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，加速普及進(jìn)度。
馮榮標(biāo)透露，目前科恒的全光譜LED熒光粉和方案已經(jīng)成為各大LED封裝廠家甚至成品LED廠家的儲備技術(shù)產(chǎn)品，開始批量生產(chǎn)推廣。
值得一提的是，科恒的全光譜LED熒光粉自推出以來也獲得業(yè)內(nèi)專家學(xué)者的一致肯定，并于今年榮獲“21屆廣州國際照明展覽會-阿拉丁神燈獎·十大技術(shù)獎”這一喻為照明行業(yè)奧斯卡的重量級獎項，作為行業(yè)標(biāo)桿，領(lǐng)銜熒光粉先進(jìn)技術(shù)。
阿拉丁神燈獎終審評委對于科恒的全光譜LED熒光粉表達(dá)了高度的贊譽(yù)：
“該熒光粉能有效地補(bǔ)充LED光源在480nm~500nm之間的綠色光譜，具有創(chuàng)新性?！?/span>
——阿拉丁神燈獎終審評委李樹華 天津市華彩電子科技工程有限公司董事長
“加入能發(fā)射490nm、660nm左右的熒光粉，補(bǔ)全短波青綠光與長波紅光，增強(qiáng)光譜連續(xù)性及色域飽和度，降低了藍(lán)光相對比例，平均顯色指數(shù)Ra值達(dá)90以上，更適用于健康照明?！?/span>
——阿拉丁神燈獎終審評委蕭弘清 國立臺灣科技大學(xué)電機(jī)工程系教授
中國稀土學(xué)會理事、中國工程院稀土資源可持續(xù)開發(fā)利用戰(zhàn)略研究課題專家吳虹對于科恒在熒光粉行業(yè)作出的成績也致于充分肯定，“科恒股份在LED全光譜方面做了很多創(chuàng)新研究工作，也取得了一定的成績和效果，但在更飽和色域、二次再轉(zhuǎn)光等方面還是有繼續(xù)提升改進(jìn)的空間，期待科恒股份運用二十年的稀土發(fā)光材料研發(fā)和應(yīng)用經(jīng)驗做出更多的創(chuàng)新和改進(jìn)，和業(yè)界一起真正實現(xiàn)綠色生態(tài)照明?！?/p>[NT:PAGE]
全光譜LED熒光粉將成主流?
當(dāng)然， 隨著顯色指數(shù)的提升，光效也會隨之有所損失，全光譜LED熒光粉技術(shù)能否平衡這一問題，并且成本較高，據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，目前全光譜LED在LED市場上所占的比例僅為2%左右，未來全光譜LED熒光粉是否將成為主流?
“未來具高顯色的全光譜LED熒光粉一定會有美好的前景?！敝袊彰麟娖鲄f(xié)會副理事長、南京工業(yè)大學(xué)電光源材料研究所王海波所長十分看好高顯色全光譜LED熒光粉的前景，LED照明的本質(zhì)是提供人造光。隨著LED照明的發(fā)展，人們對它的質(zhì)量、品質(zhì)、服務(wù)等照明總體性能的要求全面提升。高要求體現(xiàn)在光譜上，不僅是單純的白光，或是更高的顯色，而是具有各種光色的更接近于太陽光的人造光源。未來，能為人類提供更高光色品質(zhì)、更舒適健康的光環(huán)境的照明技術(shù)才是發(fā)展的主流趨勢。
廣東聚科照明股份有限公司周建華總經(jīng)理同樣表示：“模擬太陽光的全光譜是未來綠色健康照明的主流趨勢，希望科恒股份和我們一起把全光譜做得更好，為LED照明貢獻(xiàn)一份力量?！?/p>
“以前曾有學(xué)者提出全光譜照明的概念，但一直沒有人愿意投入研究并推出產(chǎn)品，科恒的全光譜LED熒光粉則是在業(yè)界和市場的呼喚當(dāng)中應(yīng)運而生?！标悵嘈?，隨著全光譜技術(shù)的不斷提升，將有更多用戶體會到全光譜光品質(zhì)的重要性，其市場占有率將會快速增長，整個LED行業(yè)特別是室內(nèi)照明領(lǐng)域也將會快速由常規(guī)的高顯色LED過渡到全光譜LED?！岸庾VLED因其獨特的性能優(yōu)勢，必然會成為照明光源特別是室內(nèi)照明光源的主流，未來科恒也將持續(xù)優(yōu)化熒光粉技術(shù)，與業(yè)界共同推動照明行業(yè)向健康綠色生態(tài)照明道路發(fā)展?！?/p>
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