1健康照明的需求

　　經過過去十年的半導體材料技術發展和制造工藝的提升，白色發光二極管（LED）作為新型的固態發光器件已經逐漸取代了傳統光源。其高光效、低能耗、無污染、長壽命等優點，使其在燈具市場的滲透率連年遞增。然而，隨著LED光源的快速發展，各種照明應用對光源提出了新的要求。人們從最初的對LED光效和成本的重視逐漸發展到對其光品質和健康的追求。目前市場上一些光源的光譜缺失、色彩還原性差，一些LED燈由于驅動電源等使用不當，存在頻閃、眩光、用眼安全等諸多問題，用戶體驗不佳。因而為了符合消費者對生活品質以及舒適度的需求，高光品質、舒適健康的照明技術成為近期市場的發展主流趨勢，也對白光LED封裝及模組技術提出了新的挑戰。

　　2全光譜白光的技術方案

　　目前實現白光的方式主要有以下兩種：第一種是通過多色LED多芯片組合（無熒光粉）實現白光。該技術路線主要要解決“黃色鴻溝“問題，黃光LED芯片成為主要技術瓶頸。以南昌大學江風益教授代表的研究團隊正致力于研究硅襯底高光效黃光LED芯片的開發，并取得了關鍵性進展，黃光LED電光轉換效率突破22．7％，達業界領先（圖1）。由于此實現白光的技術路線對各色芯片的要求較高、初期成本較貴，且考慮到多色芯片長時間熱態使用可能出現的光色差異導致色溫不穩定性問題，應用領域雖潛力巨大但目前仍受到一定限制。

　　第二種方法是單色LED芯片激發多種熒光材料實現連續白光光譜。由于芯片材料及結構單一、簡單、封裝及控制成本較低，是當前實現全光譜白光的主要方案。通過在藍光或其他單色LED芯片上涂敷熒光材料轉化成白光，因此熒光材料是決定白光質量和色彩還原效果的關鍵因素。過去市場常規的藍光芯片＋黃色或綠色／紅色熒光粉組合模式，會產生白光LED藍光過剩、短波青光（～490nm）缺失、長波紅光不足問題。新型全光譜LED在芯片和熒光粉選擇及配比上進行了較大改善和優化，從而達到近似于自然光的高品質白光照明體驗。

　　高品質白光LED照明體現在舒適性、真實性、安全性、健康性四個方面。其具備優異的視覺舒適性（適當的亮度和亮度均勻性，無閃爍和眩光），高顯色性，用眼安全和迎合晝夜節律調節等特點，滿足消費者心理和生理健康。從LED封裝的角度來說，高品質白色LED光源應具備較高的顯色性以呈現物體的本真顏色，即光源光譜更接近于太陽光或白熾燈標準光源，連續性佳，平滑均勻。其次，光源不含紫外（UV）及紅外（IR）輻射、并符合人眼敏感曲線。同時，滿足對光質量、色飽和度分辨率要求高的場所。例如：高保真、色飽和度照明符合博物館、畫廊的需求；用于商業照明能夠提供較少色差的購物環境，有利于商品的銷售；用于手術燈照明可以正確顯示血液，皮膚以及傷口組織的顏色；用于教育照明還原書本畫面強，提高學習注意力；用于攝像攝影實況轉播，良好的色彩飽和度和高保真度使氣氛還原更加清晰真實；用于家居照明，高品質的白光使人們感覺更舒適，更加享受生活。為更精準的衡量光源還原物體顏色的能力，業界開始采用新的方法來評估對比不同光源的色品質表現，比如，在CRI測試基礎上增加IES TM－30－15評價標準對顏色保真度（RF）和顏色色域度（RG）雙參數體系進行評估，針對性地解決了CRI體系中對比色代表性不足、色空間不對稱、參考光源不連續等問題。此外在光譜設計時，考慮較低的高能藍光占比以減少潛在的藍光危害，及通過封裝設計和傳感來調控LED色溫及亮度隨日照變化及使用場景的需求，并符合人體生理節律。

　　3藍光危害與健康光源的特性

　　雖然來自學術界、工業界、醫學界的專家已經達成了基本共識，即正確使用合格的白色LED照明產品對人眼來說是安全的，但人眼感應藍光的錐狀細胞的最大吸收波長（440－450nm）與常用藍光芯片的發光波長及視網膜藍光傷害特征曲線有很大的重合，因此，人們會特別關注高能藍光對敏感人群人眼的影響。如圖2所示，藍光傷害曲線是指波段位于415－455nm（峰值：435－440nm），由于波長短，能量高，可以穿透晶狀體到達視網膜，光功率中的藍光成分對視網膜可能造成潛在的化學損傷，加速黃斑區細胞的氧化，引起視覺疲勞和視網膜疾病，如老年性黃斑變性（AMD）。國內外已推出一些相關的安全標準和參考文件作為支持。IEC／EN 62471：2006已經建立了關于評估燈具的光生物安全性的方法。北美的ANSI／IESNA RP－27建立了燈具和燈具系統的光生物安全相關標準。IEC／TR 62778規定了一般照明服務燈具類別的問題，并提供了對LED照明產品應用藍光危險分類的指導。燈具通用安全要求標準EN 60598－1：2015針對LED燈具的要求更新主要包括：針對LED光源的藍光傷害，增加了明確的危害等級要求（RG0／RG1／RG2／RG3）；并且基于不同的危害等級，有相應的標簽、說明書及固定燈具的安裝要求。此外，考慮到兒童和老人的眼睛結構對藍光的透過率、敏感性與成年人相比相對較弱，目前已有一些針對他們對藍光危害的承受能力的評價方法研究，但還沒有統一的標準。另外，高能藍光危害的程度與劑量有關。藍光的強度越大，危害等級也就越高。

　　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采用的三個方向：

　　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占比。

　　然而，藍光又是白光的基本組成部分。光譜中的藍光波長范圍400-500nm的視覺過程包括顏色感知的重要波長。并且有研究表明，465-495nm藍光在晝夜節律中起著至關重要的作用(圖2)。由于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，采用GaN襯底生長制作紫光LED芯片，激發紅綠藍三種熒光粉將紫光轉換為白光，包含了400-700nm的可見光譜，CRI95和R9大于90，對含400-480nm激發的光亮劑物體有亮白效果。近期，日本豐田合成及首爾半導體公司也通過類似的紫光或低波長藍光激發熒光粉轉換方式，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，盡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;在保證使用新型熒光材料的信賴性的同時，不增加材料及制造成本。比如易美芯光2017年廣州光亞展推出的采用藍光激發多種熒光粉實現類太陽光的全光譜系列產品。此類全光譜LED光源正是基于以上幾點考慮，兼顧光效、光品質、成本及健康照明應運而生的產品。采用特定波長藍光LED芯片激發紅、綠、青色等多種熒光粉，實現光譜可調的白光光源。通過優化芯片波長和功率，及與熒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，同時通過青色熒光粉對藍光的吸收，甚至實現二次轉光，有效降低藍光占比。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。

　　依托不斷研發新型熒光材料與LED芯片的合理配比，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。由于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、護眼臺燈全光譜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、擁有全球最大制造規模的產業。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，近年來國內制造商的進取精神發揮到極致，無論是芯片還是封裝產業，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封裝制造產線也已經鳥槍換炮了，目前的LED封裝制造產線，大部分工藝都實現了自動化，并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芯片陣列組裝，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，適合應用于商照/教育/醫療/藝術展廳/家居等。

　　全光譜護眼臺燈系列：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，對于使用時間較長、使用距離近及具有的照度需求的臺燈，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占比，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全部大于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。

　　全光譜技術不限于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。