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白皮书 | 光源器件的创新偏向(全光谱技能、康健照明)及趋向预测

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2019-01-03 作者:刘国旭 泉源:龙虎和照明网 欣赏量: 网友批评: 0
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择要: 颠末已往十年的半导体质料技能生长和制造工艺的提拔,白色发光二极管 (LED) 作为新型的固态发光器件曾经渐渐代替了传统光源。其高光效、低能耗、无净化、长命命等长处,使其在灯具市场的渗入渗出率比年递增。

  1康健照明的需求

  颠末已往十年的半导体质料技能生长和制造工艺的提拔,白色发光二极管 (LED) 作为新型的固态发光器件曾经渐渐代替了传统光源。其高光效、低能耗、无净化、长命命等长处,使其在灯具市场的渗入渗出率比年递增。但是,随着LED光源的疾速生长,种种照明使用对光源提出了新的要求。人们从最后的对LED光效和本钱的器重渐渐生长到对其光品格和康健的寻求。现在市场上一些光源的光谱缺失、颜色复原性差,一些LED灯由于驱动电源等利用不妥,存在频闪、眩光、用眼宁静等诸多题目,用户体验欠安。因此为了切合消耗者对生存品格以及舒服度的需求,高光品格、舒服康健的照明技能成为近期市场的生长主流趋向,也对白光LED封装及模组技能提出了新的挑衅。

  2全光谱白光的技能方案

  现在完成白光的方法重要有以下两种:第一种是经过多色LED多芯片组合(无荧光粉)完成白光。该技能门路重要要办理“黄色边界“题目,黄光LED芯片成为重要技能瓶颈。以南盛大学江风益传授代表的研讨团队正努力于研讨硅衬底高光效黄光LED芯片的开辟,并获得了要害性希望,黄光LED电光转换服从打破22.7%,达业界抢先(图1)。由于此完成白光的技能门路对各色芯片的要求较高、初期本钱较贵,且思量到多色芯片永劫间热态利用大概呈现的光色差别招致色温不稳固性题目,使用范畴虽潜力宏大但现在仍遭到肯定限定。

  第二种要领是单色LED芯片引发多种荧光质料完成一连白光光谱。由于芯片质料及布局单一、简朴、封装及控制本钱较低,是以后完成全光谱白光的重要方案。经过在蓝光或其他单色LED芯片上涂敷荧光质料转化成白光,因而荧光质料是决议白光质量和颜色复原结果的要害要素。已往市场通例的蓝光芯片+黄色或绿色/赤色荧光粉组合形式,会孕育发生白光LED蓝光过剩、短波青光(~490nm)缺失、长波红光不敷题目。 新型全光谱LED在芯片和荧光粉挑选及配比上举行了较大改进和优化,从而到达类似于天然光的高品格白光照明体验。

  高品格白光LED照明表现在舒服性、真实性、宁静性、康健性四个方面。其具有优秀的视觉舒服性(得当的亮度和亮度匀称性,无闪耀和眩光),高显色性,用眼宁静和投合昼夜节律调治等特点,满意消耗者生理和生理康健。从LED封装的角度来说,高品格白色LED光源应具有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,一连性佳,腻滑匀称。其次,光源不含紫外(UV)及红外(IR)辐射、并切合人眼敏感曲线。同时,满意对光质量、色饱和度辨别率要求高的场合。比方:高保真、色饱和度照明切合博物馆、画廊的需求;用于贸易照明可以或许提供较少色差的购物情况,有利于商品的贩卖;用于手术灯照明可以准确表现血液,皮肤以及伤口构造的颜色;用于教诲照明复原书籍画面强,进步学习细致力;用于摄像拍照实况转播,精良的颜色饱和度和高保真度负气氛复原越发清楚真实;用于家居照明,高品格的白光使人们觉得更舒服,越发享用生存。为更精准的权衡光源复原物体颜色的本领,业界开端接纳新的要领来评价比拟差别光源的色品格体现,好比,在CRI测试底子上增长IES TM-30-15评价尺度对颜色保真度(RF)和颜色色域度(RG)双参数体系举行评价,针对性地办理了CRI体系中比拟色代表性不敷、色空间不合错误称、参考光源不一连等题目。 别的在光谱设计时,思量较低的高能蓝光占比以淘汰潜伏的蓝光危害,及经过封装设计和传感来调控LED色温及亮度随日照变革及利用场景的需求,并切合人体生理节律。

  3蓝光危害与康健光源的特性

  固然来自学术界、产业界、医学界的专家曾经告竣了基本共鸣,即准确利用及格的白色LED照明产物对人眼来说是宁静的,但人眼感到蓝光的锥状细胞的最大吸取波长(440-450nm)与常用蓝光芯片的发光波长及视网膜蓝光损伤特性曲线有很大的重合,因而,人们会特殊存眷高能蓝光对敏动人群人眼的影响。如图2所示,蓝光损伤曲线是指波段位于415-455nm(峰值:435-440nm),由于波是非,能量高,可以穿透晶状体抵达视网膜,光功率中的蓝光身分对视网膜大概形成潜伏的化学毁伤,加快黄斑区细胞的氧化,惹起视觉委顿和视网膜疾病,如老年性黄斑变性(AMD)。海内外已推出一些相干的宁静尺度和参考文件作为支持。IEC/EN 62471:2006曾经创建了关于评价灯具的光生物宁静性的要领。北美的 ANSI/IESNA RP-27创建了灯具和灯具体系的光生物宁静相干尺度。IEC/TR 62778划定了一样平常照明办事灯具种别的题目,并提供了对LED照明产物使用蓝光伤害分类的引导。 灯具通用宁静要求尺度EN 60598-1:2015针对LED灯具的要求更新重要包罗:针对LED光源的蓝光损伤,增长了明白的危害品级要求(RG0/RG1/RG2/RG3);而且基于差别的危害品级,有相应的标签、阐明书及牢固灯具的安置要求。别的,思量到儿童和老人的眼睛布局对蓝光的透过率、敏理性与成年人相比绝对较弱,现在已有一些针对他们对蓝光危害的蒙受本领的评价要领研讨,但还没有同一的尺度。别的,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。

  上面三个参数相乘,才气失掉蓝光的剂量:

  1、光源光谱中自己包罗蓝光身分的比重;2、光源自己的亮度;3、遭到蓝光照射的工夫。

  而这三点,也是灯具设计者防备遭到蓝光危害而常接纳的三个偏向:

  1、挑选色温低的光源;2、低落光源的亮度,要领如增长分散板,制止光源直射眼睛;3、不要在很猛烈的光情况中事情工夫太久。除此之外,我们可以思量从光源设计最大限制低落高能蓝光占比。

  但是,蓝光又是白光的基本构成部门。光谱中的蓝光波长范畴400-500nm的视觉历程包罗颜色感知的紧张波长。而且有研讨评释,465-495nm蓝光在昼夜节律中起着至关紧张的作用(图2)。由于这部门的光可以克制褪黑素的孕育发生,在白昼光谱中增长此部门可以包管作业服从,使人连结苏醒、戒备的形态,促进事情积极性、专注性。而在夜晚,经过低落蓝光或色温以到达促进就寝、调解时差等功效。因而,凭据一天中的差别工夫与生存需求,综合视觉舒服度、眼睛宁静、昼夜节律需求,经过光源的设计,色温一连可调的 COB封装,与传感器和控制器联合,可完成色平和亮度的一连可调性,以满意种种场景及与日照工夫相立室的高功能照明要求(图3)。经过对LED光谱的有用调治和控制,LED在光品格和艺术结果上也渐渐逾越了传统照明。乃至在被以为传统照明保有绝对上风的旅店和批发贸易照明范畴,LED光源也能提供越发丰满的颜色复原结果。

  4相干企业与代表性产物

  美国SORRA公司率先推出全光谱光源产物,接纳GaN衬底生长制造紫光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引发的光明剂物体有亮白结果。近期,日本丰田分解及首尔半导体公司也经过雷同的紫光或低波长蓝光引发荧光粉转换方法,相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,完成了与天然光较靠近的光谱 ( 图4),正确地出现物体在天然光中的颜色和布局,这种全光谱白光完成方法近期惹起了贸易照明的存眷。

  别的,市场上完成高品格白光的另一条技能门路是在模仿太阳光的一连光谱的同时,只管即便低落对人眼无害的UV和高能量蓝光光谱,在完成高显色指数的同时,不显着捐躯流明服从;在包管利用新型荧光质料的信任性的同时,不增长质料及制形成本。好比易美芯光2017年广州光亚展推出的接纳蓝光引发多种荧光粉完成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,分身光效、光品格、本钱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,完成光谱可调的白光光源。经过优化芯片波长和功率,及与荧光质料吸取及开释波谱的配方,大幅进步照明LED光源的光谱一连性、色饱和度、显色指数,同时经过青色荧光粉对蓝光的吸取,乃至完成二次转光,有用低落蓝光占比。很多LED封装公司也在加速开辟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、聚飞等也相继推出相应产物。

  依托不停研发新型荧光质料与LED芯片的公道配比,优化光源光谱,同时引入智能控制体系,以完成真正意义上的康健绿色生态照明。由于照明细分使用的差别需求,光源提供商可凭据光效、颜色要求、显指参数、康健目标、及本钱等举行衡量和优化。好比,企业针对差别的使用范畴开辟出了通用全光谱好看、护眼台灯全光谱 LED( 图5)、影视灯全光谱LED等差别系列产物。

  5结语

  本世纪以来,短短的的二十年工夫,中国LED财产的获得了引人注目的乐成,从一个无技能、无范围的财产,生长到本日财产链齐备、技能先辈、拥有环球最大制造范围的财产。上、中、下油各关键的企业从珠三角拓展到长三角和天下各地,范围不停强大,国际竞争力不停失掉提拔。随着财产链竞争力加强,LED器件封装格式也在转变,比年来海内制造商的朝上进步精力发扬到极致,无论是芯片照旧封装财产,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。

  在消费技能和设置装备摆设方面,LED封装制造产线也曾经鸟枪换炮了,现在的LED封装制造产线,大部门工艺都完成了主动化,并不停向着智能化互联自控技能生长。在封装布局上,从开端的引线框架式封装到多芯片阵列组装,再到现在的DSP,倒装技能以及蒸蒸日上的Mini LED,封装技能仍在市场需求的推进下高速地向前生长。在器件的质量关键,随着LED光效贸易化地攀过了180lm/w的岑岭,人们渐渐将存眷重点从器件的光效转到更高要求的光色要求,在存眷节能的同时更盼望满意康健和情调照明的要求。

  本白皮书试着从几个正面来分析这汹涌澎湃的LED光源财产全貌,挂一漏万也好,坐井观天也罢,只望能给企业的决议计划者、产物的开辟者一个无益的参考,以便看清LED光源器件的生长偏向,清晰现在各关键一外洋最高技能的差距,明确人们比较明产物的深条理需求,促进我国的LED创业生长。

  好看系列:具有复原物体颜色真实生动的特性,综合思量了高显色性/低高能蓝光/高光效/低本钱的各项目标,为通用型98显指LED,得当使用于商照/教诲/医疗/艺术展厅/家居等。

  全光谱护眼台灯系列:偏重思量到发展发育的孩子眼睛布局及对光的透过率、敏理性和成人的差别,蒙受蓝光的本领绝对较弱,对付利用工夫较长、利用间隔近及具有的照度需求的台灯,必要存眷高能蓝光身分对视网膜大概形成的毁伤。如图5所示,经过LED光源的奇特设计,在高显指好看系列底子上,进一步低落短波高能蓝光占比,同时保证高波段蓝光的比分以促进事情积极性及专注性,进步学习及事情服从。

  全光谱影视灯系列: 除具有较高的显色性外,满意R1-R15全部大于90的挑衅,具有极佳的保真及色饱和度;较高的电视照明同等性指数(TICL=99)使得电视摄像、开麦拉输入端画面的颜色真实清楚生动。

  全光谱技能不限于某种特定的封装情势,可凭据差别的使用需求封装成SMD、COB、Flash、DOB等模组产物,为高品格照明生存提供多样机动的LED灯珠与办理方案。

刘国旭 易美芯光(北京)科技无限公司CTO

  《2018龙虎和照明财产调研白皮书》光源器件 照料

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