深度聚焦:LED即将跨入全光谱时代

icon 2016-08-23 17:50:23
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摘要:照明终端用户对LED光源的光效、寿命、显色性的要求日益提高,这对作为白光LED不可或缺的荧光粉的技术和性能提出更高的要求。现阶段市面上常 规的LED荧光粉仍然存在明显缺陷,各企业正在寻求技术突破口,以形成新的盈利增长点,同时LED荧光粉市场...

     照明终端用户对LED光源的光效、寿命、显色性的要求日益提高,这对作为白光LED不可或缺的荧光粉的技术和性能提出更高的要求。现阶段市面上常 规的LED荧光粉仍然存在明显缺陷,各企业正在寻求技术突破口,以形成新的盈利增长点,同时LED荧光粉市场技术的重心也随之发生了明显的变化。

  国内荧光粉一线品牌企业科恒股份(股票代码:300340)在今年6月份的光亚展上推出一种被称为接近太阳光的绿色健康环保全光谱LED荧光粉方案,为 解决目前LED光源存在的“富蓝化”危害指明了方向。那么,未来这一具备高显色全光谱特性的LED荧光粉是否将占据主流地位并引领全光谱照明新时代?

 LED暗藏“富蓝化”危害

  自中村修二研发出高效蓝光LED技术,LED照明真正走上商业化道路,进入LED照明普及时代。这一节能环保光源对人类环境产生巨大影响,若将所有照明 灯具替换为LED灯,每年全球至少节约用电15200亿千瓦时,可减少用煤至少5亿吨,减少二氧化碳排放13亿吨,减少二氧化硫排放420万吨。而 且,LED具智能可控及使用范围广的属性,是未来物联网时代、智慧城市的最佳载体,因而逐渐受各大科技互联巨头追捧。

  LED的发展势头正猛,但其产生的“富蓝化”蓝光危害近年在业内外引起众多舆论。研究表示,因蓝光辐射的峰值波长与视网膜蓝光伤害特征曲线和人体非视觉感光曲线有比较大的重合,所以过多的蓝光用于室内照明,会对人的生理、心理和视神经等产生一系列影响。

  一是视觉上,LED中的蓝光可以穿透晶状体到达视网膜,对视网膜造成光化学损害,加速黄斑区细胞的氧化,引起视力下降、白内障、失明等不同程度的眼疾; 二是生物效应上,白光LED中大量的蓝光对褪黑色素的抑制,会导致睡眠紊乱以及一系列功能失调。国内外最新的研究均表明其“富蓝化”的光谱质量容易影响人 的司辰节律,从而降低免疫力。

  此外,LED产业经过近几年的迅猛发展,性能大幅提升,产业化LED的光效已经可以达到239Lm/W,远远超过了在照明方面的应用要求。然而,在通用LED照明领域对高光效、高色温的追逐无形中也加剧了“富蓝化”的危害,人们开始重视对光品质的追求。

  荧光粉是“元凶”?

  众所周知,目前常用的白光LED主要是靠蓝光激发荧光粉产生多种颜色混合而成,因荧光粉可以补充LED芯片发光波长以外的不同光谱需求,搭配产生不同光 色,荧光粉的质量对于白光LED起关键性作用。为切合终端用户需求,下游芯片级封装企业也对上游LED荧光粉材料提出了更高的要求。“照明对光色品质的要 求重点体现在荧光粉性能要求上,如高显色性、全光谱波长、激发效率、粒径分布的均匀性、耐高温特性及长时间老化的颜色漂移离散性等。”旭宇光电汽车灯事业 部总经理邓玉仓指出。

  除了对荧光粉的色彩饱和度、还原度及稳定性等技术方面的要求外,瑞丰光电研发总监陈华认为荧光粉还需在性价比上进行提升。

  科恒股份LED事业部总经理陈涛表示,目前市面上的LED光源所搭配使用的LED荧光粉在450-460nm的蓝光下激发时,其蓝光吸收转换效率不足, 主要缺少480nm-505nm的蓝绿光和660nm-700nm的深红光。尤其是色温达到5000K以上的高色温白光,会出现大量蓝光未能被有效转化的情况。

  而从上表可以看出,450-460nm段的蓝光危害加权函数非常高,正反映出市场上现有荧光粉方案确实存在“富蓝化”危害的隐患。

  突破局限该从何着手?

  针对“富蓝化”的隐患,科恒股份率先在LED荧光粉的 光谱局限性上作出实质性改良,并适时推出相应产品和方案。陈涛表示,科恒研发团队首先对目前LED光源光谱中主要缺少的光谱部分进行分析研究,确定所需新 增的发射光谱范围后,研发出对应的新型LED荧光粉;接着针对其发光性能进行提升,通过封装应用验证后再优化改进新型材料,最终得出一套有效提高照明 LED光源光品质的全光谱应用方案和产品。

  如上图,高显色全光谱LED光源与常规LED光源光谱对比,两者最大的区别在于前者增加了490nm、660nm左右发射峰,补足了常规LED光源缺少的光谱部分,使得整体光谱连续性大大增加,从而接近于太阳光全光谱。

  ——图文内容摘自《高显色全光谱LED特性及其对解决蓝光危害的贡献》

  另外,陈涛表示,科恒着重专利的维护,在2014年便为此申请两篇发明专利:《一种氮氧化物荧光粉及其制备方法》和《一种全光谱LED荧光粉及其应 用》,目前两篇专利均已获得授权。科恒以自身的强硬的技术研发能力取得原创性专利,突破国际传统荧光粉企业布下的严密专利网,未来将可尽情“畅游”于国内 外市场。

 “我们的目标是Ra99甚至Ra100”

  全光谱LED荧光粉正是为提升照明LED光源光品质应运而生的产品,它大幅提高照明LED光源的光谱连续性、色域饱和度、显色指数,有效降低蓝光危害。

  据科恒股份LED事业部技术总监冯荣标介绍,全光谱LED荧光粉的主要应用分为两种:第一种是针对性提高显色指数和光效,目前其显色指数Ra可达到97 甚至98以上,而在同样显指的前提下,其光效可比目前市面上的双粉方案提升约2%,这种应用主要是追求性能优先,但光谱连续性不够完美。第二种应用是追求 最佳的发射光谱,模拟太阳光光谱,其光谱缺陷可以降到最低,有效降低蓝光危害,但在光效上会略微下降。

  “Ra97甚至 Ra98都不是我们的目标,我们的目标是Ra99甚至Ra100。”冯荣标表示,科恒未来将继续优化全光谱LED荧光粉在近紫外光、超短波蓝绿光和超长波 红光方面的发射范围和强度不足的问题。现阶段全光谱LED主要应用于手术灯、摄影灯、护眼灯、博物馆照明、高端场所照明等对光谱质量要求高的领域。因其成 本暂时相对于普通LED荧光粉较高,在普通的照明LED光源方面,受价格制约,推广阻力较大。

  依托二十年的发光材料经验积累及技术创新能力,科恒将坚持不断研发新的荧光粉材料,尽快补充所缺失的光谱部分,甚至实现二次转光,消除蓝光危害,同时引入智能控制系统,实现真正意义上的健康绿色生态照明。另外在成本方面也会进行优化改进,加速普及进度。

  冯荣标透露,目前科恒的全光谱LED荧光粉和方案已经成为各大LED封装厂家甚至成品LED厂家的储备技术产品,开始批量生产推广。

  值得一提的是,科恒的全光谱LED荧光粉自推出以来也获得业内专家学者的一致肯定,并于今年荣获“21届广州国际照明展览会-阿拉丁神灯奖·十大技术奖”这一喻为照明行业奥斯卡的重量级奖项,作为行业标杆,领衔荧光粉先进技术。

  阿拉丁神灯奖终审评委对于科恒的全光谱LED荧光粉表达了高度的赞誉:

  “该荧光粉能有效地补充LED光源在480nm~500nm之间的绿色光谱,具有创新性。”

  ——阿拉丁神灯奖终审评委李树华 天津市华彩电子科技工程有限公司董事长

  “加入能发射490nm、660nm左右的荧光粉,补全短波青绿光与长波红光,增强光谱连续性及色域饱和度,降低了蓝光相对比例,平均显色指数Ra值达90以上,更适用于健康照明。”

  ——阿拉丁神灯奖终审评委萧弘清 国立台湾科技大学电机工程系教授

  中国稀土学会理事、中国工程院稀土资源可持续开发利用战略研究课题专家吴虹对于科恒在荧光粉行业作出的成绩也致于充分肯定,“科恒股份在LED全光谱方 面做了很多创新研究工作,也取得了一定的成绩和效果,但在更饱和色域、二次再转光等方面还是有继续提升改进的空间,期待科恒股份运用二十年的稀土发光材料 研发和应用经验做出更多的创新和改进,和业界一起真正实现绿色生态照明。”

       全光谱LED荧光粉将成主流?

  当然, 随着显色指数的提升,光效也会随之有所损失,全光谱LED荧光粉技术能否平衡这一问题,并且成本较高,据数据统计,目前全光谱LED在LED市场上所占的比例仅为2%左右,未来全光谱LED荧光粉是否将成为主流?

  “未来具高显色的全光谱LED荧光粉一定会有美好的前景。”中国照明电器协会副理事长、南京工业大学电光源材料研究所王海波所长十分看好高显色全光谱 LED荧光粉的前景,LED照明的本质是提供人造光。随着LED照明的发展,人们对它的质量、品质、服务等照明总体性能的要求全面提升。高要求体现在光谱 上,不仅是单纯的白光,或是更高的显色,而是具有各种光色的更接近于太阳光的人造光源。未来,能为人类提供更高光色品质、更舒适健康的光环境的照明技术才 是发展的主流趋势。

  广东聚科照明股份有限公司周建华总经理同样表示:“模拟太阳光的全光谱是未来绿色健康照明的主流趋势,希望科恒股份和我们一起把全光谱做得更好,为LED照明贡献一份力量。”

   “以前曾有学者提出全光谱照明的概念,但一直没有人愿意投入研究并推出产品,科恒的全光谱LED荧光粉则是在业界和市场的呼唤当中应运而生。”陈涛相 信,随着全光谱技术的不断提升,将有更多用户体会到全光谱光品质的重要性,其市场占有率将会快速增长,整个LED行业特别是室内照明领域也将会快速由常规 的高显色LED过渡到全光谱LED。“而全光谱LED因其独特的性能优势,必然会成为照明光源特别是室内照明光源的主流,未来科恒也将持续优化荧光粉技 术,与业界共同推动照明行业向健康绿色生态照明道路发展。”

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