分析白光LED在室內照明中應用

文章來源:恒光電器

發(fā)布時間:2013-10-15

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 作為一種具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ墓庠�,，LED的長壽命,、牢固的結構、較低的功耗和靈活的外形尺寸等優(yōu)點受到了人們越來越多的關注,，近幾年,，LED特別是單色LED被廣泛地應用于大屏幕、信號燈和景觀照明中,。隨著led技術的不斷發(fā)展,，白光LED的光效、顯色性,、色溫及單顆LED的功率和LED模塊的光通量等參數(shù)指標不斷取得新的突破,，人們對LED應用于照明充滿了期待。

然而,，將白光LED應用于普通的室內照明也面臨著一系列的挑戰(zhàn),，例如單顆LED的光通量還難以滿足普通照明的需求、單位成本過高,、光效比節(jié)能燈低,、色差大、穩(wěn)定性不足等,。雖然研究成果形勢喜人,，但要生產出真正符合照明要求的市場化產品仍需一定的時間，這是LED研發(fā)人員,、生產商和使用者都無法回避的事實,。本文從照明的人體功效學出發(fā)，分析目前白光LED的發(fā)展現(xiàn)狀以及與健康的光環(huán)境所需要的正常指標之間的差異，LED天花燈,，恒光,，對促進LED在室內照明的應用進程提出了一些建議。

1,、照明的人體功效學

人體功效學也叫人類功效學或人體工程學,，照明方案，以“人—機—環(huán)境”系統(tǒng)為研究對象,，運用實測,、統(tǒng)計、分析等方法,研究“人—機—環(huán)境”系統(tǒng)中三大要素之間的關系,以解決系統(tǒng)中人的效能,、健康問題,。也就是說，人體功效學的研究致力于設計和*價人的需要,、人的能力,、人的極限，以及如何與各項任務,、工作,、產品、環(huán)境和系統(tǒng)協(xié)調,。照明的人體工效學,，就是研究光環(huán)境的設計如何滿足人的需要，使人們更快,、更好地完成各項視覺作業(yè)或盡量滿足舒適健康的需求,。

照明光環(huán)境應該充分考慮滿足人們視覺功能的需要，使人們能在一個合適的視覺環(huán)境中正常地開展工作,，即能看得清楚;又要滿足人們心理上的需要,，即要看得舒服。最近的一項研究表明,，光還能通過影響人體內褪黑激素的分泌而影響人體的生理節(jié)律和健康,。因此，考慮人體功效學的良好的光環(huán)境應該從人的視覺,、心理和生理的需要出發(fā),，綜合考慮多項因素，否則就會對人們的工作效率,、心理或生理健康造成不良影響,。

2、白光LED的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1光效

LED自上世紀60年代誕生以來,，以每10年亮度提高30倍,，價格下降10倍的“海茲定律”般的速度發(fā)展,。據(jù)報道，目前白光LED光效的實驗室數(shù)據(jù)已超過100lm/W,，而進入商業(yè)領域的大功率白光LED也達到40lm/W,。隨著關鍵技術的突破，未來大功率led的光效仍具有很大的上升空間,，最高有可能達到150～200lm/W,。

2.2光通量

隨著大功率LED的面世和封裝、散熱等關鍵技術的突破,，口碑，5WLED的商業(yè)化進程已初具規(guī)模,，這使LED模塊的光通量得到很大提高,。來自日亞公司最新的研究數(shù)據(jù)表明，功率分別為5.5W和11W,，光通量分別為250lm和400lm的大功率LED集成模塊已經(jīng)研制成功,。這使LED用于普通照明的進程又向前邁進了一大步。

2.3色溫和顯色性

白光LED的色溫和顯色性與白光LED的制備方案密切相關,。1996年日亞公司首先采用InGaN藍光芯片加YAG(釔鋁石榴石)$熒光粉的方法制成白光LED,。 此后，人們又采用R,、G,、B三色芯片混光和近紫外芯片激發(fā)R、G,、B三色熒光粉混光制成了白光LED,。

采用藍光LED加YAG熒光粉的方式因其工藝較為簡單，技術成本較低,，是目前制備白光LED最常用的方式,，但其顯色指數(shù)也相對較低。添加一定的紅光熒光粉和綠光熒光粉雖能提高顯色指數(shù),，但由于紅光熒光粉的相對轉化率較低,，通常會引起總體光通量的衰減，即光效的下降,。采用近紫外的LED加RGB三基色熒光粉理論上可以獲得任意色溫及較高顯色指數(shù)的白光LED,，但目前用于紫外LED熒光粉的技術尚未成熟。單芯片涂熒光粉的方法根據(jù)熒光粉的涂敷技術的不同,，通常具有80~800K的色溫差異,。多芯片的LED理論上可以獲得任意色溫和高顯色性的白光LED，但由于多芯片LED的正向電壓和光輸出不同,，另外它們的溫度特性和光維持特性也不相同,，因而對電路設計的要求較高,，目前技術還不成熟，模塊間色溫差異較大,。

3,、考慮人體功效學對白光led照明的要求

如前面所述，考慮照明的人體功效學應考慮人們對照明環(huán)境的要求,。室內環(huán)境是人們生活和工作大部分時間停留的環(huán)境,，因此人們對室內照明環(huán)境的需求就越來越高。能否達到這些要求,，是LED代替?zhèn)鹘y(tǒng)光源進行室內照明的關鍵,。

3.1視覺功能的需求

為了滿足人們的視覺需求，即要讓人們能看得清楚,，這就要求照明光環(huán)境具有一定的照度水平,、照度均勻度和顯色性。

要滿足一定的照度水平,，就要求LED具有足夠的光通量,。以一個小閱覽室為例，假設閱覽室面積為6m×8m,，則大約需要20000~30000lm的光通量才可以滿足人們正常的閱讀需要,。若不考慮其他因素，恒光電器,照亮您的生活,，應用目前市場上200lm的大功率顆粒也需要100~150顆粒的LED才能夠達到這樣的照度要求,。由于目前較好的市場產品的光效在30~40lm/W左右，不論能耗或成本,，LED還不能與節(jié)能燈或熒光燈進行競爭,。此外，led燈具的光學設計技術方面的不成熟使目前l(fā)ed燈具的配光分布不夠穩(wěn)定,，要達到一定的照度均勻度也需要很高的成本,。但對于小面積的重點照明，用少量能耗的LED可以滿足視覺的需要,，在均勻度方面也比較容易滿足,。而在顯色性方面，目前的白光LED基本能滿足一般室內活動的需要,。

3.2心理的需要

在正常的室內工作或活動,，LED照明品牌，人們不但要求得到視覺功能的滿足,，同時也需要一定的視覺舒適度,，這是人們對照明光環(huán)境的心理需要，LED照明工程,，也就要求視場內的光環(huán)境不可有直接眩光或間接眩光,，色溫要合適,、燈具的布置要舒適。在要求視場的眩光方面,，對白光LED既是優(yōu)勢又是挑戰(zhàn),。由于LED較小的發(fā)光點和光束角，使光的出射方向很容易控制,，但另一方面,，質量，通常LED光強較為集中,，最大光強分布處若處理不當則容易對觀測者造成眩光,。研究表明，不舒適眩光不但會引起工作效率的下降,，LED筒燈,，同時也會造成視覺疲勞和頭痛等不良反應。另外,，若選用RGB三芯片LED，雖能形成任意色溫的白光,，照明方案,，但較大的色差會影響視場整體的舒適和美觀。若選用藍光LED加YAG粉的方式,，則色溫基本偏高,。為了使照明具有良好的效果，恒光電器,照亮您的生活,，所選用的光源的色溫必須與要求的照度相適應,，圖1所示是照度與色溫對應的舒適區(qū)域。因此,，較高的色溫也會影響白光LED在室內照明中的應用,，因為它要求相應高的照度，才能使人感覺舒適,。 另一方面,，LED靈活的外形尺寸使LED燈具在設計上具有很大的空間，可以充分滿足裝飾性的要求,。

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