分析白光LED在室內(nèi)照明中應(yīng)用
文章來源:恒光電器
發(fā)布時(shí)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(jié)構(gòu)、較低的功耗和靈活的外形尺寸等優(yōu)點(diǎn)受到了人們越來越多的關(guān)注,，近幾年,，LED特別是單色LED被廣泛地應(yīng)用于大屏幕、信號燈和景觀照明中,。隨著led技術(shù)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(biāo)不斷取得新的突破,，人們對LED應(yīng)用于照明充滿了期待。
然而,，將白光LED應(yīng)用于普通的室內(nèi)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(chǎn)出真正符合照明要求的市場化產(chǎn)品仍需一定的時(shí)間，這是LED研發(fā)人員,、生產(chǎn)商和使用者都無法回避的事實(shí),。本文從照明的人體功效學(xué)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(biāo)之間的差異,，LED天花燈,，恒光，對促進(jìn)LED在室內(nèi)照明的應(yīng)用進(jìn)程提出了一些建議,。
1,、照明的人體功效學(xué)
人體功效學(xué)也叫人類功效學(xué)或人體工程學(xué)，照明方案,，以“人—機(jī)—環(huán)境”系統(tǒng)為研究對象,，運(yùn)用實(shí)測,、統(tǒng)計(jì),、分析等方法,研究“人—機(jī)—環(huán)境”系統(tǒng)中三大要素之間的關(guān)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(xué)的研究致力于設(shè)計(jì)和*價(jià)人的需要,、人的能力、人的極限,，以及如何與各項(xiàng)任務(wù),、工作、產(chǎn)品,、環(huán)境和系統(tǒng)協(xié)調(diào),。照明的人體工效學(xué)，就是研究光環(huán)境的設(shè)計(jì)如何滿足人的需要,，使人們更快,、更好地完成各項(xiàng)視覺作業(yè)或盡量滿足舒適健康的需求。
照明光環(huán)境應(yīng)該充分考慮滿足人們視覺功能的需要,，使人們能在一個(gè)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(xiàng)研究表明,，光還能通過影響人體內(nèi)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(xué)的良好的光環(huán)境應(yīng)該從人的視覺,、心理和生理的需要出發(fā)，綜合考慮多項(xiàng)因素,，否則就會(huì)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(jì)60年代誕生以來,，以每10年亮度提高30倍，價(jià)格下降10倍的“海茲定律”般的速度發(fā)展,。據(jù)報(bào)道,，目前白光LED光效的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)已超過100lm/W，而進(jìn)入商業(yè)領(lǐng)域的大功率白光LED也達(dá)到40lm/W,。隨著關(guān)鍵技術(shù)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(dá)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(guān)鍵技術(shù)的突破，口碑,，5WLED的商業(yè)化進(jìn)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(jìn)程又向前邁進(jìn)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(guān),。1996年日亞公司首先采用InGaN藍(lán)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(lán)光LED加YAG熒光粉的方式因其工藝較為簡單，技術(shù)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(zhuǎn)化率較低,，通常會(huì)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(shù)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(shù)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(shè)計(jì)的要求較高，目前技術(shù)還不成熟,，模塊間色溫差異較大,。
3、考慮人體功效學(xué)對白光led照明的要求
如前面所述,，考慮照明的人體功效學(xué)應(yīng)考慮人們對照明環(huán)境的要求,。室內(nèi)環(huán)境是人們生活和工作大部分時(shí)間停留的環(huán)境，因此人們對室內(nèi)照明環(huán)境的需求就越來越高,。能否達(dá)到這些要求,，是LED代替?zhèn)鹘y(tǒng)光源進(jìn)行室內(nèi)照明的關(guān)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(gè)小閱覽室為例,，假設(shè)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(yīng)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(dá)到這樣的照度要求。由于目前較好的市場產(chǎn)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(jìn)行競爭。此外,，led燈具的光學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)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(dá)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(diǎn)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(nèi)活動(dòng)的需要,。
3.2心理的需要
在正常的室內(nèi)工作或活動(dòng)，LED照明品牌,，人們不但要求得到視覺功能的滿足,，同時(shí)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(nèi)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(diǎn)和光束角,，使光的出射方向很容易控制，但另一方面,，質(zhì)量,，通常LED光強(qiáng)較為集中，最大光強(qiáng)分布處若處理不當(dāng)則容易對觀測者造成眩光,。研究表明,，不舒適眩光不但會(huì)引起工作效率的下降，LED筒燈，同時(shí)也會(huì)造成視覺疲勞和頭痛等不良反應(yīng),。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(huì)影響視場整體的舒適和美觀。若選用藍(lán)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(yīng),，圖1所示是照度與色溫對應(yīng)的舒適區(qū)域。因此,，較高的色溫也會(huì)影響白光LED在室內(nèi)照明中的應(yīng)用,，因?yàn)樗笙鄳?yīng)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(shè)計(jì)上具有很大的空間，可以充分滿足裝飾性的要求,。
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