光源器件的創新方向(全光譜技術、健康照明)及趨勢展望

2020-11-25 OFweek維科網

下面三個參數相乘,才能得到藍光的劑量:

1、光源光譜中本身包含藍光成分的比重;2、光源本身的亮度;3、受到藍光照射的時間。

而這三點,也是燈具設計者防止受到藍光危害而常採用的三個方向:

1、選擇色溫低的光源;2、降低光源的亮度,方法如增加擴散板,避免光源直射眼睛;3、不要在很強烈的光環境中工作時間太久。除此之外,我們可以考慮從光源設計最大限度降低高能藍光佔比。

然而,藍光又是白光的基本組成部分。光譜中的藍光波長範圍400-500nm的視覺過程包括顏色感知的重要波長。並且有研究表明,465-495nm藍光在晝夜節律中起著至關重要的作用(圖2)。由於這部分的光可以抑制褪黑素的產生,在白天光譜中增加此部分可以保證作業效率,使人保持清醒、警覺的狀態,促進工作積極性、專注性。而在夜晚,通過降低藍光或色溫以達到促進睡眠、調整時差等功能。因此,根據一天中的不同時間與生活需求,綜合視覺舒適度、眼睛安全、晝夜節律需求,通過光源的設計,色溫連續可調的COB封裝,與傳感器和控制器結合,可實現色溫和亮度的連續可調性,以滿足各種場景及與日照時間相匹配的高性能照明要求(圖3)。通過對LED光譜的有效調節和控制,LED在光品質和藝術效果上也逐漸超越了傳統照明。甚至在被認為傳統照明保有相對優勢的酒店和零售商業照明領域,LED光源也能提供更加飽滿的色彩還原效果。

4相關企業與代表性產品

美國SORRA公司率先推出全光譜光源產品,採用GaN襯底生長製作紫光LED晶片,激發紅綠藍三種螢光粉將紫光轉換為白光,包含了400-700nm的可見光譜,CRI95和R9大於90,對含400-480nm激發的光亮劑物體有亮白效果。近期,日本豐田合成首爾半導體公司也通過類似的紫光或低波長藍光激發螢光粉轉換方式,相應推出全光譜白光系列光源,比如,在200mA驅動下,5000K色溫LED光效達110lm/W,實現了與自然光較接近的光譜(圖4),準確地呈現物體在自然光中的顏色和結構,這種全光譜白光實現方式近期引起了商業照明的關注。

此外,市場上實現高品質白光的另一條技術路線是在模擬太陽光的連續光譜的同時,儘量降低對人眼有害的UV和高能量藍光光譜,在實現高顯色指數的同時,不明顯犧牲流明效率;在保證使用新型螢光材料的信賴性的同時,不增加材料及製造成本。比如易美芯光2017年廣州光亞展推出的採用藍光激發多種螢光粉實現類太陽光的全光譜系列產品。此類全光譜LED光源正是基於以上幾點考慮,兼顧光效、光品質、成本及健康照明應運而生的產品。採用特定波長藍光LED晶片激發紅、綠、青色等多種螢光粉,實現光譜可調的白光光源。通過優化晶片波長和功率,及與螢光材料吸收及釋放波譜的配方,大幅提高照明LED光源的光譜連續性、色飽和度、顯色指數,同時通過青色螢光粉對藍光的吸收,甚至實現二次轉光,有效降低藍光佔比。許多LED封裝公司也在加快開發藍光激發的全光譜照明LED光源,近期朗明納斯、宇極芯光、瑞豐、聚飛等也相繼推出相應產品。

依託不斷研發新型螢光材料與LED晶片的合理配比,優化光源光譜,同時引入智能控制系統,以實現真正意義上的健康綠色生態照明。由於照明細分應用的不同需求,光源提供商可根據光效、色彩要求、顯指參數、健康指標、及成本等進行權衡和優化。比如,企業針對不同的應用領域開發出了通用全光譜悅目、護眼檯燈全光譜LED(圖5)、影視燈全光譜LED等不同系列產品。

5結語

本世紀以來,短短的的二十年時間,中國LED產業的取得了引人矚目的成功,從一個無技術、無規模的產業,發展到今天產業鏈齊全、技術先進、擁有全球最大製造規模的產業。上、中、下油各環節的企業從珠三角拓展到長三角和全國各地,規模不斷壯大,國際競爭力不斷得到提升。隨著產業鏈競爭力增強,LED器件封裝格局也在改變,近年來國內製造商的進取精神發揮到極致,無論是晶片還是封裝產業,都在大肆擴產,產線以數十數百的單位擴張,而國際廠商在過去幾年基本上沒有擴產。

在生產技術和設備方面,LED封裝製造產線也已經鳥槍換炮了,目前的LED封裝製造產線,大部分工藝都實現了自動化,並不斷向著智能化互聯自控技術發展。在封裝結構上,從開始的引線框架式封裝到多晶片陣列組裝,再到如今的DSP,倒裝技術以及方興未艾的Mini LED,封裝技術仍在市場需求的推動下高速地向前發展。在器件的質量環節,隨著LED光效商業化地攀過了180lm/w的高峰,人們逐步將關注重點從器件的光效轉到更高要求的光色要求,在關注節能的同時更希望滿足健康和情調照明的要求。

本白皮書試著從幾個側面來剖析這波瀾壯闊的LED光源產業全貌,掛一漏萬也好,管中窺豹也罷,只望能給企業的決策者、產品的開發者一個有益的參考,以便看清LED光源器件的發展方向,清楚目前各環節一國外最高技術的差距,明白人們對照明產品的深層次需求,促進我國的LED創業發展。

悅目系列:具有還原物體顏色真實生動的特性,綜合考慮了高顯色性/低高能藍光/高光效/低成本的各項指標,為通用型98顯指LED,適合應用於商照/教育/醫療/藝術展廳/家居等。

全光譜護眼檯燈系列:著重考慮到成長發育的孩子眼睛結構及對光的透過率、敏感性和成人的不同,承受藍光的能力相對較弱,對於使用時間較長、使用距離近及具有的照度需求的檯燈,需要關注高能藍光成分對視網膜可能造成的損傷。如圖5所示,通過LED光源的獨特設計,在高顯指悅目系列基礎上,進一步降低短波高能藍光佔比,同時保障高波段藍光的比分以促進工作積極性及專注性,提高學習及工作效率。

全光譜影視燈系列:除具有較高的顯色性外,滿足R1-R15全部大於90的挑戰,具有極佳的保真及色飽和度;較高的電視照明一致性指數(TICL=99)使得電視攝像、攝影機輸出端畫面的色彩真實清晰生動。

全光譜技術不限於某種特定的封裝形式,可根據不同的應用需求封裝成SMD、COB、Flash、DOB等模組產品,為高品質照明生活提供多樣靈活的LED燈珠與解決方案。

(作者:劉國旭)

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