[发明专利]一种具有日光可见光部分光谱结构的LED光源及灯具

说明书

本发明公开了一种具有日光可见光部分光谱结构的LED器件及光源，所述LED器件包括蓝光LED芯片或蓝色荧光粉，进而利用青色荧光粉、绿色荧光粉、橙色荧光粉和红色荧光粉，在LED器件发射光谱中混入青色、红色、绿色和橙色光谱成分，获得白光。本发明相比现有技术具有以下优点：具有太阳光发射光谱构型，不含紫外和红外光谱成分，是一种健康光源；采用四元或五元色技术方案封装白光LED器件，不同于传统三基色概念以及早期LED封装采用色二元色技术方案，强调必需添加太阳光谱中最重要的波长范围为480‑520nm的青色光光谱成分；不仅满足环保绿色、节能的需求，而且满足人体健康要求。

技术领域

本发明属于电子信息领域，具体为半导体光电器件、绿色照明与信息显示，尤其涉及一种在可见光范围内具有发射太阳光光谱构型的白光LED器件封装方法以及利用此器件制作的健康光源。

背景技术

白光LED被称为继白炽灯、荧光灯和高压气体放电灯之后的第四代绿色半导体照明光源，具有工作电压低(2.6-3.2V)、能效高、能耗低热辐射少(降低温室效应)、对环境友善(无汞污染)，以及体积小、耐震著优点。因而，LED一经问世，就得到了快速普及应用，其中在显示器背光源领域渗透率已经达到100％。尽管半导体照明具有节能、环保的显著优点，但是如何赋予LED绿色照明健康功能，依然是一大挑战。

早期，白光LED主要采用GaInN蓝光LED芯片配合钇铝石榴石(Y₃Al₅O₁₂∶Ce)黄色荧光粉封装而成，但这种白光LED不仅色温高，而且显色指数低。随后，提出采用三元色方案，主要是通过在上述蓝+黄二元色基础上加入适量能够发射红光的荧光粉，或者采用LED芯片发射蓝光配合绿色与红色荧光粉的三基色方案。但无论二元色还是三元色白光，其光谱中蓝光成分比例高，否则无法配出相应的白光。蓝光成分高会产生“富蓝化”危害。蓝光对褪黑素有抑制作用，引起神经兴奋，导致睡眠紊乱，影响司辰节律以及一系列功能失调，从而降低免疫力。司辰节律失调往往需要较长时间才能观察到。

随着LED照明光源的普及，一个比较容易观察到的现象是近视患者急剧增加。一方面，智能手机发展使得手机通话、视频、阅读、支付、购物等功能越来越强大，对于大量“低头族”使用者，长时间使用手机或者长期在LED照明光源下工作，感觉视力下降明显；另一方面医院眼科视力门诊，青少年以及幼儿近视患者显著增加，近视度数加深以及近视患者向低年龄方向发展。

蓝光对人眼的危害主要有两方面机制。第一、蓝色光子能量高，能够穿透晶状体直达视网膜，引起视网膜色素上皮细胞萎缩，导致黄斑病变，光敏感细胞凋亡引起视力下降，甚至失明。；晶状体吸收部分蓝光渐渐混浊形成白内障。儿童晶状体清澈，无法有效抵挡蓝光，更容易导致黄斑病变以及白内障。第二，由于蓝光波长短，其焦点聚集在视网膜靠前而不是视网膜上。要想看清楚，眼球必需处于拉紧的张应力状态。长时间在蓝光下工作，引起视觉疲劳，导致近视加深、甚至出现复视，阅读时易串行，注意力无法集中，导致学习与工作效率下降。

近年来，为了降低蓝光危害，业界提出了全光谱LED封装方案。全光谱LED指的LED发射波长范围能够覆盖所有可见光区，并有少量紫外光和红外光，并且光谱连续，没有比例极为失调的波峰与波谷[李琪，辛易，中国照明电器，2017，3，12]。全光谱中的紫外线成分有助于环境杀菌，而红外线有助于农作物生长。然而，我们通过对自然光中太阳的光谱成分分析表明，在太阳光中含量相对较多的是480-560nm光谱成分，而目前LED照明光源中缺少比较多的光谱成分是波谷为490nm波长范围为480-530nm的青色光。此外，因为紫外线光子能量更高，紫外线对人眼伤害更大(典型事例，高原地区盲人比例比平原地区高)；而红外线因为人眼视觉函数不响应，照明光源中的红外不仅不起作用反而增加了能耗与温室效应。再者，太阳光谱中本来含有一定的紫外线光谱成分，没有必要在照明光源中添加紫外线成分。如果需要环境杀菌，可以在非照明情况下开启特种杀菌灯，把照明与杀菌灯具分开进行。