LED的光效、显色性、色温及单颗LED的功率和LED模块的光通量等参数目标不断取得新的打破,人们对LED
可是,将白光LED运用于一般的也面临着一系列的应战,例如单颗LED的光通量还难以满意一般照明的需求、单位本钱过高、光效比节能灯低、色差大、安稳性缺乏等。尽管研讨成果局势喜人,但要生产出真实契合照明要求的商场化产品仍需必定的血海深仇,这是LED研制人员、生产商和运用者都无法逃避的现实。本文从照明的人体成效学动身,剖析现在白光LED的展开现状以及与健康的光环境所需求的正常目标之间的差异,对促进LED在室内照明的运用进程提出了一些主张。
人体成效学也叫人类成效学或人体工程学,以“人机环境”体系为研讨目标,运用实测、计算、剖析等办法,研讨“人机环境”体系中三大要素之间的联络,以处理体系中人的效能、健康问题。也便是说,人体成效学的研讨致力于规划和*价人的需求、人的才能、人的极限,以及怎么与各项任务、作业、产品、环境和体系和谐。照明的人体工效学,便是研讨光环境的规划怎么满意人的需求,使人们更快、更好地完结各项视觉作业或尽量满意舒适健康的需求。
照明光环境应该充沛考虑满意人们视觉功用的需求,使人们能在一个适宜的视觉环境中正常地展开作业,即能看得清楚;又要满意人们心思上的需求,即要看得舒畅。最近的一项研讨标明,光还能经过影响人体内褪黑激素的排泄而影响人体的生理节律和健康。因此,考虑人体成效学的杰出的光环境应该从人的视觉、心思和生理的需求动身,归纳考虑多项要素,不然就会对人们的作业效率、心思或生理健康构成不良影响。
LED自上世纪60年代诞生以来,以每10年亮度进步30倍,价格下降10倍的“海兹规律”般的速度展开。据报道,现在白光LED光效的实验室数据已超越100lm/W,而进入商业范畴的大功率白光LED也抵达40lm/W。跟着要害技能的打破,未来大功率LED的光效仍具有很大的上升空间,最高有或许抵达150~200lm/W。
跟着大功率LED的问世和封装、散热等要害技能的打破,5W LED的商业化进程已初具规模,这使LED模块的光通量得到很大进步。来自日亚公司最新的研讨数据标明,功率分别为5.5W和11W,光通量分别为250lm和400lm的大功率LED集成模块现已研制成功。这使LED用于一般照明的进程又向前迈进了一大步。
白光LED的色温文显色性与白光LED的制备计划密切相关。1996年日亚公司首要选用InGaN蓝光芯片加YAG(钇铝石榴石)$荧光粉的办法制成白光LED。尔后,人们又选用R、G、B三色芯片混光和近紫外芯片激起R、G、B三色荧光粉混光制成了白光LED。
选用蓝光LED加YAG荧光粉的办法因其工艺较为简略,技能本钱较低,是现在制备白光LED最常用的办法,但其显色指数也相对较低。增加必定的红光荧光粉和绿光荧光粉虽能进步显色指数,但因为红光荧光粉的相对转化率较低,一般会引起全体光通量的衰减,即光效的下降。选用近紫外的LED加RGB三基色荧光粉理论上水深火热取得恣意色温及较高显色指数的白光LED,但现在用于紫外LED荧光粉的技能没有老练。单芯片涂荧光粉的办法依据荧光粉的涂敷技能的不同,一般具有80~800K的色温差异。多芯片的LED理论上水深火热取得恣意色温文高显色性的白光LED,但因为多芯片LED的正向电压和光输出不同,别的它们的温度特性和光保持特性也不相同,因此对电路规划的要求较高,现在技能还不老练,模块间色温差异较大。
如前面所述,考虑照明的人体成效学应考虑人们对照明环境的要求。室内环境是人们大张旗鼓和作业大部分血海深仇逗留的环境,因此人们对室内照明环境的需求就越来越高。能否抵达这些要求,是LED替代传统光源进行室内照明的要害。
为了满意人们的视觉需求,即要让人们能看得清楚,这就要求照明光环境具有必定的照度水平、照度均匀度和显色性。
要满意必定的照度水平,就要求LED具有满意的光通量。以一个小阅览室为例,假定阅览室面积为6m×8m,则大约需求20000~30000lm的光通量才水深火热满意人们正常的阅览需求。若不考虑其他要素,运用现在商场上200lm的大功率颗粒也需求100~150颗粒的LED才能够抵达这样的照度要求。因为现在较好的商场产品的光效在30~40lm/W左右,不管能耗或本钱,LED还不能与节能灯或荧光灯进行竞赛。此外,LED灯具的光学规划技能方面的不老练使现在LED灯具的配光散布不行安稳,要抵达必定的照度均匀度也需求很高的本钱。但关于小面积的要点照明,用少数能耗的LED水深火热满意视觉的需求,在均匀度方面也比较简单满意。而在显色性方面,现在的白光LED根本能满意一般室内活动的需求。
在正常的室内作业或活动,人们不光要求得到视觉功用的满意,一起也需求必定的视觉舒适度,这是人们对照明光环境的心思需求,也就要求视场内的光环境不行有直接眩光或直接眩光,色温要适宜、灯具的安置要舒适。在要求视场的眩光方面,对白光LED既是优势又是应战。因为LED较小的发光点和光束角,使光的出射方向很简单操控,但另一方面,一般LED光强较为会集,最大光强散布处若处理不妥则简单对观测者构成眩光。研讨标明,不舒适眩光不光会引起作业效率的下降,一起也会构成视觉疲惫和头痛等不良反应。别的,若选用RGB三芯片LED,虽能构成恣意色温的白光,但较大的色差会影响视场全体的舒适和漂亮。若选用蓝光LED加YAG粉的办法,则色温根本偏高。为了使照明具有杰出的效果,所选用的光源的色温有必要与要求的照度相适应,图1所示是照度与色温对应的舒适区域。因此,较高的色温也会影响白光LED在室内照明中的运用,因为它要求相应高的照度,才能使人感觉舒适。另一方面,LED灵敏的外形尺寸使LED灯具在规划上具有很大的空间,水深火热充沛满意装饰性的要求。
室内照明中人们对生理上的需求首要表现为健康的需求。除了长时间的紫外光照耀会对皮肤构成不良影响以外,光影响健康的别的两个途径常常被人们所疏忽,一个是光经过视觉影响健康,另一个是光经过生理节律体系影响健康。与白光LED用于室内照明有紧密联络的两个效应便是视网膜的蓝光损害效应及光经过遏止人体内褪黑激素的排泄影响人体的生理节律体系和健康。一般紫外光的损害发生于人眼的前眼部分,即对角膜会构成损伤。而蓝光因为其波长比紫外光长,水深火热透过眼底抵达视网膜;而其单位能量在可见光规模内最强,简单灼伤视网膜及构成前期白内障。另一方面,人体褪黑激素的排泄受光照的影响,当褪黑激素排泄异常时简单引起人体生理节律的紊乱,严峻时引起癌症或其他病变。
在400~500nm的区域内,这种白光LED的能量散布具有一个显着的峰值。增加必定量的红光荧光粉后水深火热在必定程度上下降这一峰值,可是现在遍及运用的白光LED的这一蓝光区域峰值与蓝光视网膜损害的光谱敏感度曲线及影响生理节律体系的神经节细胞对光的敏感度曲线有较多的堆叠区域,这不得不引起咱们的注重。而假如运用紫外LED加三基色荧光粉及RGB多芯片白光LED,这两种效应则水深火热疏忽。
大功率白光LED尽管在光效、显色性及单颗功率方面取得很大打破,各LED厂商也以迅猛的气势不断更新现已取得的成果。可是,在考虑到人体成效学方面,关于缔造一个契合人居需求的照明环境,LED明显还有很长的路要走。为了促进LED更多、更合理地运用于室内照明中,以下的几个方面是LED规划者、生产者和运用者应该一起重视的。
就视觉功用的需求而言,现在LED的光通量和光效还难以满意大面积一般照明的需求。因此,合理的照明规划是将LED运用于室内照明的要害。例如,水深火热使用LED进行部分要点照明,或使用LED便于操控这一特性进行辅佐照明和调光规划。规划时应一起结合视觉功用、心思和生理的需求,取长补短,缔造健康、舒适的光环境。
毫无疑问,LED上中游对LED技能的展开和运用起了要害性的效果,但下流的运用和需求一起也为LED上中游起到引领的效果。科研作业者、工程师和规划师应该加强联络,使LED工业的展开愈加合理和人性化。
LED照明运用中的一项要害技能是LED二次光学规划技能,经过二次光学规划,能优化LED的配光散布,在防止眩光的一起使LED射出的光线愈加合理,抵达照明的要求。
现在我国有关检测部分现已着手展开对照明LED测验办法的研讨,包含检测设备的开发作业。全国照明电器规范化技能委员会现已将照明LED的技能规范和测验办法规范列入规范作业计划,期望经过照明LED规范的拟定,促进LED技能的展开和在照明范畴的运用。关于LED室内照明规范,应要点处理LED的光学特性,即光通量、光散布、亮度、光谱散布、色度坐标、色差、显色指数、光衰等目标。此外,电器附件的特性、机械特性、温度特性和用具安全特性等也应列入考虑的规模。
将白光LED运用于室内照明中的进程在近两年中取得了严重的打破,在考虑照明的人体成效学的基础上,白光LED在室内照明中具有必定的优势,可是,也还存在许多缺乏。LED规划者、生产者和运用者应该联合起来,一起为LED技能的展开添砖加瓦,提前使新一代的光源发挥最大效果,取得更多的效益。