生態水媒技術提升光源光品質原理初探

郭堯

摘 ?要：LED作為第四代照明光源，有光效高、壽命長、響應快和環保等特點，但是完全取代傳統的光源還面臨著許多技術難點，其中散熱問題是限制LED燈具發展的一個重要影響因素。提升散熱能力，提高顯色指數，降低藍光危害是LED技術提升所面臨的一系列問題中的一部分。使用生態水媒技術，改變LED以上缺點，是一項重要工作。將測試結果進行理論分析，有利于指明下一步產品開發方向。

關鍵詞：LED ?生態水媒 ?顯色指數 ?藍光危害

中圖分類號：G633.91 ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）06（c）-0001-04

1 ?生態水媒技術概述

LED是一種固態的半導體器件，它可以直接把電轉化為光。LED具有體積小、耗電量低、使用壽命長、高亮度、低熱量、環保、堅固耐用等諸多優點，這使得LED光源在傳統光源面前具有巨大的優勢，因而被廣泛使用。但低熱量是相對而言，考慮到現有光電轉換效率，當應用于照明時，LED芯片的表面面積較小，工作時電流密度大，導致芯片發熱密度高。而結溫上升會導致光輸出減少，芯片加快蛻化，縮短器件壽命。發光二極管隨結溫的上升向長波方向漂移。如果要考慮到實際應用中對色漂移的不良影響，熱設計也要對最高結溫進行限制。由于LED芯片輸入功率的不斷提高，對這些功率型LED的封裝技術就提出了更高的要求。

LED作為代替熒光類燈具的新型照明光源趨勢已經確定。現有技術中，LED燈已經普遍使用，然而，由于LED工作散發的熱量較高，制約LED功率的進一步提高，且過高的溫度使得LED光效降低、光譜缺失部分光色和自然光差異大、長時間使用散熱通道被破壞、頻閃影響使用者視力等諸多問題。

為突破以上問題，筆者公司歷時10年，獨立研發了生態水媒技術，通過在傳統LED光源中引入專利液體，一舉解決了這些困擾LED照明的難題，實現了更高效、更自然、更健康、更真實、更環保、更安全等諸多優點。

添加專利液體后，使用相同驅動和LED光源，取得以下效果。

（1）更高效，整燈光效提升10%～30%。

（2）更自然，光譜更加飽滿，更接近自然光光譜。

（3）更健康，整燈無頻閃，無藍光傷害，從保護視覺到心理健康，全方位地保護使用者。

（4）更真實，顯色指數提升5～10，還原更加真實的色彩。

（5）更環保，整燈采用環?？苫厥詹牧?，不會給自然帶來額外負擔。

（6）更安全，光源內加入液體，將電路火災風險直接消滅在萌芽狀態，跌落時為元器件提供緩沖，整燈抗摔防爆。

目前已經批量生產的光源包括生態水媒球泡燈、生態水媒蠟燭燈、生態水媒單向投光燈、生態水媒燈管以及教室專用照明燈具，路燈和投光燈正在開發中，以上產品廣泛用于家庭、校園、職場和市政照明等不同場景。為業主單位提升照明品質的同時，取得了明顯的經濟效益（見表1）。

2 ?生態水媒技術提升光源品質原理初探

為了進行定量分析，在進行路燈液冷化可靠性測試時，對比測試了相同電源同一LED光源的情況，有無專利液體兩種不同工況下，光電性能的變化。液體加注在如圖1所示空腔空間中，測試使用遠方PM50光色電測試系統，結果如圖2、圖3所示。

由以上測試結果不難發現，光效提升了22.02%，光通量提升了27.43%，顯色指數提升了5.3，光譜中藍光光譜明顯增加，其他部分光譜也分別有所提升，直接提高了光源的顯色指數（見表2）。

2.1 顯色性提高原理分析

根據測試數據，匯總顯色指數變化如表3，從中不難發現，除R3飽和黃綠色、R14樹葉綠色以外，顯指均有提高，最終Ra有了明顯提高。

光源的光譜功率分布具體如下。

光源輻射的各種波長的輻射功率是各不相同的。光源輻射功率按波長的分布叫作光源的光譜功率分布，常以s（I）表示，分為以下兩種。

（1）絕對光譜功率分布。對應于各波長的輻射功率可用物理單位“W”或“mW”表示。

（2）相對光譜功率分布。各波長輻射功率值之間的比例和絕對光譜功率分布相同，但各波長的輻射功率可用任意單位表示。

顯色性：與參考光源相比較時，光源顯現物體顏色的特性。

顯色指數：光源顯色性的度量。以被測光源下與參考光源下物體顏色的相符程度表示。

特殊顯色指數Ri：光源對某一選定標準顏色樣品的顯色指數。

一般顯色指數Ra：光源對CIE規定的8種顏色的特殊顯色指數的平均值。

以上提升，被測模組唯一的變化是生態水媒技術的液體加入了模組空腔中。分析測試報告，根據相對光譜功率分布處理后，對比光譜功率分布，可見圖4所示光譜變化，可以明顯發現，除紫光和短波長藍光部分，液體的注入使得其他波長光譜功率都有明顯提升。

分析光譜功率分布可以發現：

（1）約430nm以下部分，如圖5所示，加入專利液體后，這部分對人眼有明顯傷害的紫光和短波長藍光被明顯抑制，光譜功率有所下降。

（2）430～490nm部分，加入專利液體后，這部分藍光有明顯提升，這直接導致了模組相關色溫值提升，這部分雖然對人體無害，但對整燈的顏色表現影響很大。

（3）490～630nm部分，加入液體后，這部分的綠黃橙紅光有提升，這部分的提升，改變了復色光的構成比例，提升了這部分光色的顯色指數，最終導致了Ra的提升。

（4）630～800nm部分，加入液體前后，沒有明顯變化。

以上變化中，490～630nm部分光譜功率有提升，對應此部分Ri值的提升，最終導致顯色指數Ra值提升，生態水媒技術在不明顯提升成本的情況下，改善了常規LED的色彩還原，有利于健康照明的實現。

2.2 抑制藍光危害

生態水媒技術核心專利液體的加入，對430nm以下短波長藍光有明顯抑制作用，但對430～490nm藍光是增強作用。目前藍光對視網膜損傷進而引起黃斑變性是明確的，但因為藍光是調節生物晝夜節律的重要光線，故我們的生態水媒技術，在不消除藍光的前提下，明顯抑制短波長藍光，減輕藍光對人眼的危害是我們的重要優勢。這一點在兒童和老人的照明中尤其重要，是我們設計生態水媒護眼臺燈的重要理論依據。

3 ?結語

以上初步分析，證明了生態生態水媒技術的性能優勢是符合已有科學原理，下一步工作應當與大專院校、科研院所合作，加強產品研發中的理論指導，進一步降低開發費用，加快研發速度，為市場提供更優質的照明產品。

參考文獻

[1] （德）Max Born（馬科斯·玻恩），（美）Emil Wolf（埃米爾·沃耳夫），著.光學原理——光的傳播、干涉和衍射的電磁理論[M].7版.楊葭蓀，譯.北京：電子工業出版社，2016：41-45.

[2] 張以謨.應用光學[M].3版.北京：電子工業出版社，2008：153-180.

[3] 金偉奇，胡威捷.輻射度光度與色度及其測量[M].北京：北京理工大學出版社，2006：112-113，146-149.

[4] 李青，林振德.藍光對視覺功能的利與弊[J].國際眼科縱覽，2006，30（5）：336-340.