健康照明时代稀土发光材料该如何发展？

　　摘要：近年来，LED逐渐发展为照明的主流方式，渗透到生活的各个领域。面对未来健康照明，作为LED的重要组成部分的荧光粉该怎么发展，本文简要分析其在全光谱照明、医疗照明的需求。

　　自学会钻木取火以来，人类对光的追寻脚步从未停止过，光的实现方式先后经历火、油、电的演变。直到发光二极管(LED)的出现，开启了第四代照明新时代。人们对于照明的需求已不止停留在表层的“看见”，而是更加注重照明产品的“光品质”和健康度。2014年的国际半导体照明论坛(SSLCHINA)上就提出“超越照明，创新应用，将会因为LED到来，引发未来伟大变革，开启超越照明新纪元。” 2017年的SSLCHINA将视线聚焦在“光(light)、智能(smart)、健康(health)”，专家学者围绕健康光环境与智能照明应用等议题展开探讨与交流，比如光与非视觉生物效应、光医学、健康光环境等，使“光品质及健康照明”成为LED发展的新港湾!

　　发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)是一种能够将电能转化为光能的半导体器件。1993年日本日亚化学公司成功开发出超高亮度的蓝光GaInN(λ_em=450nm)LED芯片后，突破了蓝光LED的技术瓶颈，高亮度、全彩化LED产品才得以实现。1996年日亚化学公司又推出第一颗白光LED，即以蓝光LED激发铈掺杂的钇铝石榴石荧光粉产生黄光，黄光与蓝光混合产生白光，可应用于照明及全色显示领域。从此，LED照明得到广泛的关注，LED芯片基质材料、发光材料如雨后春笋，蓬勃发展。作为LED中的光转换材料，荧光粉在其中起到至关重要的作用。在未来健康照明中，荧光粉该如何发展?笔者从以下两方面谈谈一点感受。

　　LED的“富蓝化”与全光谱照明

　　当前，白光LED主要主要实现方式是“蓝光LED芯片+黄色荧光粉”和“蓝光LED芯片+绿色荧光粉+红色荧光粉”。因为LED芯片发光波长固定、调控成本高，所以芯片波长以外的不同光谱需要荧光粉进行补充。通过搭配不同颜色荧光粉、调控荧光粉的发射波长、半波宽等手段来调节白光LED的光色品质，如显色指数(CRI)、色温等。

　　经过几年的迅猛发展，LED的性能得到大幅提升。目前，产业化LED的光效已经可以达到239 lm/W，已远远超过了在照明方面的应用要求。然而，其产生的“富蓝化”蓝光危害也逐渐凸显出来。研究表明，因蓝光辐射的峰值波长与视网膜蓝光伤害特征曲线和人体非视觉感光曲线有比较大的重合，所以过多的蓝光用于室内照明，会对人的生理、心理和视神经等产生一系列影响。在视觉上，LED中的蓝光可以穿透晶状体到达视网膜，对视网膜造成光化学损害，加速黄斑区细胞的氧化，引起视力下降、白内障、失明等不同程度的眼疾;在生物效应上，白光LED中大量的蓝光对褪黑色素的抑制，会导致睡眠紊乱以及一系列功能失调。国内外最新的研究均表明其“富蓝化”的光谱质量容易影响人的司辰节律，从而降低免疫力。针对此问题，在不同应用环境，各国对LED照明灯具已制定出不同的标准要求。2017年10月，中国标准化研究院以中国人生理特点为模板构建满足国人特性的教室光环境要求，制定出符合我国国情的《教室用LED照明系统产品和使用要求》。对我国教室用LED照明灯具的生产、销售和使用状况作了严格要求。

　　目前市面上的LED光源所搭配使用的LED荧光粉在450~460nm的蓝光激发时，其蓝光吸收转换效率不足，使得480~505nm的蓝绿光和660~700nm的深红光严重缺失，产生“光谷”现象。为切合终端用户需求，对光色品质的改善重点体现对荧光粉性能的提升上，如高显色性、全光谱波长、激发效率、粒径分布的均匀性、耐高温特性及长时间老化的颜色漂移离散性等。但是在模拟太阳光谱的全光谱领域，除了追求性能优良，更重要的是降低光谱缺陷、实现完美的光谱连续性。因此，除了要求荧光粉具有稳定的理化性能、耐高温特性及长时间老化外，还具备适用高密度能量激发，在近紫外光区有强的吸收，并将其高效地转化为超短波蓝绿光、绿光、黄光、红光，甚至是超长波红光等特性。

　　医疗照明与特殊荧光粉

　　如果说全光谱照明可以给人类带来更舒适的品质生活。那么作为健康照明不可或缺的一部分，医疗照明可以为患者提供更健康、更安全的治疗方案。医疗照明主要包括光检测、光保健和光治疗等方面。其原理是光生物效应，即生物组织吸收不同光，将其转化为热能或化学能，在体内引起一列化学反应，从而促进或者抑制组织细胞的生长，达到治疗的效果，也包括不同波长的光对生理节律、视觉、大脑、心理认知等方面的影响。当前LED的医学应用领域包括心理治疗、紫外固化、病理检测、美容嫩肤以及疾病治疗等，而且不同波长对应的医学应用领域不同，比如紫外光用于消毒杀菌;红光用于美白淡斑;红外用于理疗、消炎、镇痛等。这些特定的功能为各波段的荧光粉提供广阔的发展前景。与普通功能性照明相比，在医疗方面的应用有着严格的法规要求，在技术、安规方面要求极严，技术风险要大许多，准入门槛更高。因此，在医疗照明方面，荧光粉不仅要具备高的色纯度、精确的强度、波长等基本需求，还要符合严格医疗器械的法律法规要求。

　　结语

　　健康品质生活是人类的追求目标，光品质与健康医疗光照技术为健康品质生活锦上添花。面对LED照明行业的蓬勃发展，针对不同的应用场合、人的个性化需求，开发品种多样的高品质荧光粉，为健康的照明环境和精准的医疗器械提供优质的光源，是当前面临的重要挑战。