2017年的“3·15”晚会曾曝光了市面上一些 LED 台灯存在频闪问题，会导致孩子视觉疲劳甚至头痛，这着实让老百姓们感到十分担心。

其实，“频闪”并不是一个贬义词。目前，几乎所有电力站提供的城市用电均是交流电。交流电的发电原理决定其具有周期性，每秒50或60个周期，通常用频率为50或60赫兹表示，这就导致照明和显示电器均存在频闪现象，如生活中的电视机、电脑显示器、荧光灯、 LED 灯。在长时间的观看电视、使用电脑或照明环境中，频闪会引起视觉疲劳、视力损害，对光比较敏感的特定人群，甚至还会引起癫痫、偏头痛等疾病。因此，照明和显示电器需要通过增加电容、改善电器电路等方法调节工作电流来降低或消除频闪，如国际照明标准规定频闪小于10%才能满足应用要求。频闪虽然可以消除，但电器成本也相应增加。由于市场竞争、利润空间等因素，许多生产者制造出不满足要求的劣质 LED 灯，导致市场上 LED 灯价格不等、质量参差不齐。

除了频闪，蓝光危害也是 LED 存在的问题之一。市场上的 LED 灯普遍是通过 LED 芯片发出的蓝光和荧光粉的发光复合获得白光。 LED 芯片发出的蓝光通常较强，长时间较强的蓝光辐射会引起视网膜黄斑病变，这种危害对正处在成长期的儿童的视力损害更大。

LED 可能存在这么多风险，是不是我们都不应该用 LED 了？那可没必要，自2014年诺贝尔物理学奖得主发明的蓝光 LED 以来，人类进入了照明新时代。 LED 作为全固态照明器件，具有体积小、寿命长、高效、节能、环保等诸多优点。节能就是其最大的优点之一，欧普照明公司曾在2017全国节能宣传会上表示：“如果所有路灯都换成 LED 灯，每年节省的电量相当于3个三峡电站的年发电量。”

近年来，科学家们对蓝光危害和频闪的关注越来越多，也做出了很多探索。最近，中国科学院宁波材料技术与工程研究所光电功能材料与器件团队就在这方面有了新成果。他们开发出一种新型的荧光粉，可以解决人们所担忧的蓝光危害和频闪问题。

图1 相关成果发布在 Advanced Optical Materials、Journal of Materials Chemistry C、Chemical Communications 等国际期刊上

荧光粉具有波长转换功能，在决定 LED 白光性能如显色指数、色温、效率等方面起着重要作用，是 LED 照明器件的关键材料之一。科学家们一直在探索研发更高效率和热稳定性更好的荧光粉。“中东有石油，中国有稀土。”稀土作为战略资源，也是荧光粉的核心材料，开发高端荧光粉也是实现我国稀土高值化应用的有效途径之一。

宁波材料所的科学家们从材料晶体结构设计出发，开发出一种全新的硅酸盐材料 BLS 。然后，他们采用稀土离子Ce³⁺作为激活剂，获得一种具有宽带发射特性，光谱同时包含蓝、绿光成分的新型青色荧光粉 BLS:Ce³⁺ 。

这种青色荧光粉的发光效率高达90%；在温度85℃、相对湿度85%条件下放置1600小时以上，其发光效率减小量小于10%；在160℃时，发光效率减小量仅为6%，表现出良好的抗湿热环境稳定性和热稳定性。仅采用该青色荧光粉与红粉复合，即可在近紫外 LED 芯片上获得显色指数90以上的高品质白光（图2）。这为保障 LED 白光品质的同时降低蓝光危害提供了一种工作思路。

图2 Ba₉Lu₂Si₆O₂₄:Ce³⁺ 青色荧光粉与红粉制备的近紫外基白光 LED 器件性能，从这个图的数据上可以看到白光的显色指数在90以上，这表明获得的白光具有很好的色彩还原能力，可以更加真实地反映出被照射物体的颜色

一般而言，稀土发光材料的发光强度会随着温度的升高出现下降趋势，表现为发光热猝灭。LED 灯工作时，其发光芯片的温度可达100℃以上，大功率 LED 灯的温度甚至高达150℃。荧光粉的发光强度在高温时下降越小， LED 灯的发光效率才能越高。因此，为保障 LED 灯工作时的发光效率，这就要求荧光粉具有较小的发光热猝灭，即具有很好的发光热稳定性。通常发光热猝灭是由于发光中心的电子能量不再以光的形式释放出来，而是通过电子和声子相互作用后以热的形式释放出来。科学家们基于对 BLS 第一性原理电子结构的计算和理解，结合光谱学的实验表征手段，提出一种计算宽带隙无机非金属材料基体带隙的方法，并揭示了材料发光的热稳定性机理，除了由热引起的电子和声子相互作用可引起发光猝灭外，由热引起的材料吸收率下降是导致发光材料热猝灭的另一个原因。

根据 LED 照明工艺特点，通过电器方法调节 LED 工作电流解决频闪，类似于交、直流转换，存在能量利用率低、器件使用寿命短等问题。而通过光学方法，利用荧光粉的余辉特性补偿发光、降低频闪，不会引起电路和器件结构的任何变化。因此，余辉荧光粉是解决频闪的最佳方法。

图3 Gd₃Al₂Ga₃O₁₂:Ce³⁺ 黄色余辉荧光粉发光照明及余辉光谱

GAGG:Ce³⁺黄色余辉荧光粉的激发光谱与 LED 芯片发光相匹配，在降低交流 LED 频闪效应中有积极作用。而目前报道的该荧光粉发光内量子效率约为45%，该团队通过工艺优化将 GAGG :Ce³⁺ 发光内量子效率提升至82%，这为解决交流 LED 频闪问题提供了一种具有潜在价值的稀土发光材料。

我们可以憧憬一下，开发具有特殊的余辉效应和丰富的光谱成分等性能的高品质荧光粉，不仅可以实现稀土资源的高值化利用，促进企业的转型升级，还可以显著降低 LED 灯的成本，在保证照明质量的前提下，让 LED 灯走进千家万户，这样我们就不用再担心频闪和蓝光影响视力的问题了。

（先进制造所 刘永福）