張耀華，杜元寶，張日光，劉永福

(1.寧波升譜光電股份有限公司，浙江 寧波 315000； 2.中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所，浙江 寧波 315201)

引言

白光LED的光束較窄，特別是藍(lán)光波段范圍能量比較集中，將LED照明光源對(duì)人體長(zhǎng)時(shí)間照射會(huì)產(chǎn)生照射作用，國(guó)內(nèi)外最新的研究均表明其“富藍(lán)化”的光譜質(zhì)量容易影響人的健康，從而降低免疫力。 本文所提出太陽(yáng)光LED的健康照明光譜，其光譜連續(xù)性接近于太陽(yáng)光,顯色指數(shù)、色飽和度與色彩保真度調(diào)配到接近100，其光色就接近太陽(yáng)光讓人眼的觀感越舒服改善及提高人們工作、學(xué)習(xí)、生活的條件和質(zhì)量，促進(jìn)心理和生理健康，并實(shí)現(xiàn)良好可見度和舒適愉快環(huán)境。針對(duì)常規(guī)LED照明產(chǎn)品藍(lán)光危害或富藍(lán)化危害，本文所提出的太陽(yáng)光LED的健康照明光源，主要解決問題如下：第一補(bǔ)全紫外部分或增強(qiáng)藍(lán)光帶寬，削減藍(lán)光比例，降低了藍(lán)光危害。第二增加熒光粉帶寬補(bǔ)全缺少光譜部分，提高了平均顯色指數(shù)Ra,同時(shí)R1～R15個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣品值均得到90以上[1-4]。

1 太陽(yáng)光LED健康照明的研究方案

本文主要研究方案主要有：RGB熒光粉與混波段LED藍(lán)光芯片及UVA紫光芯片的組合；RGB熒光粉與UVA 405 nm紫外芯片的組合；RGB熒光粉與單波段LED藍(lán)光芯片及UVA紫光芯片的組合，研究2 700～5 000 K色溫光譜變化情況及顯色指數(shù)R1～R15的情況。其中RGB熒光粉中紅粉采用硅基氮化物1113結(jié)構(gòu)，主波長(zhǎng)610 nm，峰值波長(zhǎng)655 nm，色坐標(biāo)(CIE1931)x=0.665，y=0.333，半峰寬87 nm，D50=13 μm；綠粉采用稀土熒光粉，主波長(zhǎng)510 nm，峰值波長(zhǎng)535 nm，色坐標(biāo)(CIE1931)x=0.2870，y=0.3920，半峰寬161 nm，D50=15.7 μm；藍(lán)粉采用稀土磷鋁酸鹽，主波長(zhǎng)491 nm，峰值波長(zhǎng)450 nm，色坐標(biāo)(CIE1931)x=0.2540，y=0.3290，半峰寬140 nm，D50=15 μm。LED藍(lán)光芯片波長(zhǎng)范圍450～460 nm；紫光芯片波長(zhǎng)405 nm。

如表1所示，4組實(shí)驗(yàn)方案選用13 mm ×13 mm的鏡面鋁為基板，發(fā)光面φ11 mm，4串電路結(jié)構(gòu)，藍(lán)光和紫光芯片按1∶1配比，鋁材選用德國(guó)進(jìn)口安鋁1700AG-HPSP，焊線鍍層采用NI/PD/AU材料處理，17X34 mil正裝藍(lán)光芯片，波段450～460 nm，芯片電壓3～3.1 V,光功率Po>197 MW,紫光芯片11X29 mil，PO=200～215 MW, 芯片電壓3.34～3.4 V除上述實(shí)驗(yàn)方案內(nèi)容不同外，其余材料都相同，本著單一變量的原則下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比[5-7]。

表1 太陽(yáng)光LED健康照明研究方案Table 1 Sunlight LED health lighting research scheme

圖1 COB電路結(jié)構(gòu)Fig.1 COB circuit structure

圖2 COB產(chǎn)品Fig.2 COB products

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

對(duì)四組實(shí)驗(yàn)方案的封裝樣品，用積分球光電測(cè)試儀同時(shí)進(jìn)行光譜測(cè)試，色溫2 700 K、4 000 K、5 000 K測(cè)試結(jié)果見表2～表4，光譜圖如圖3～圖5所示。

表2 四組樣品2 700 K色溫R1～R15值Table 2 Color temperature R1～R15 value of 2 700 K for 4 groups of samples

表3 4組樣品4 000 K色溫R1～R15值Table 3 Color temperature R1-R15 value of 4 000 K for 4 groups of samples

表4 4組樣品5 000 K色溫R1～R15值Table 4 Color temperature R1-R15 value of 5 000 K for 4 groups of samples

圖3 4組樣品2 700 K光譜圖Fig.3 The spectra of the samples in 4 groups 2 700 K

圖4 4組樣品4 000 K光譜圖Fig.4 The spectra of the samples in 4 groups 4 000 K

圖5 4組樣品5 000 K光譜圖Fig.5 The spectra of the samples in 4 groups 5 000 K

從上述4組實(shí)驗(yàn)測(cè)試的結(jié)果對(duì)比我們可以看出，4組實(shí)驗(yàn)方案，在低色溫段2 700 K，用紫外405 nm波長(zhǎng)LED芯片激發(fā)RGB熒光粉的1組方案和紫外405 nm與混波段藍(lán)光方案激發(fā)RGB熒光粉4組方案在R1～R15表現(xiàn)最佳，但從與太陽(yáng)光譜的擬合度看，后者的擬合度更好，其他兩組方案在藍(lán)光450～460 nm強(qiáng)度太高，在470～480 nm光譜強(qiáng)度太低；中性色溫4 000 K，用紫外405 nm波長(zhǎng)LED芯片激發(fā)RGB熒光粉的1組方案，整體R1-R15都在90以上，明顯優(yōu)于其他3組方案，但是紫外405 nm峰值強(qiáng)度較強(qiáng)，偏離太陽(yáng)光譜，紫外405 nm與混波段藍(lán)光方案激發(fā)RGB熒光粉4組方案，除R12外其他R值表現(xiàn)優(yōu)越，與太陽(yáng)光譜擬合度較好，其他兩組方案450～460 nm強(qiáng)度較高，460 nm以后與太陽(yáng)光譜擬合度較好，但是紫光波段區(qū)域缺失；高色溫5 000 K, 紫外405 nm波長(zhǎng)LED芯片激發(fā)RGB熒光粉的1組方案在R1～R15表現(xiàn)最優(yōu)，且光譜與太陽(yáng)光譜擬合度較好，紫外 405 nm與混波段藍(lán)光方案激發(fā)RGB熒光粉4組方案紫光區(qū)域缺失，460 nm以后波段區(qū)域強(qiáng)度較低，與太陽(yáng)光譜擬合度較差，其他兩組除450～460 nm外，紫外光譜缺失及460 nm以后光譜強(qiáng)度不夠，與太陽(yáng)光譜擬合度較差[8-14]。

3 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了4組實(shí)驗(yàn)方案，主要對(duì)2 700～5 000 K色溫的實(shí)驗(yàn)方案的光譜與標(biāo)準(zhǔn)LED太陽(yáng)光光譜進(jìn)行了對(duì)比研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)在低色溫2 700 K和4 000 K時(shí)，用紫外405 nm波長(zhǎng)LED芯片與混波段藍(lán)光激發(fā)RGB熒光粉的2組方案在R1～R15表現(xiàn)最佳，光譜與太陽(yáng)光譜擬合度最好；中性高色溫4 000 K時(shí)，紫外405 nm激發(fā)RGB熒光粉4組1組方案整體R1～R15都在90以上，明顯優(yōu)于其他組方案，光譜與太陽(yáng)光譜擬合度最好。