分析白光LED在室內照明中應用

文章來源:恒光電器

發布時間:2013-10-15

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 作為一種具有巨大發展潛力的光源，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，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、光效比節能燈低、色差大、穩定性不足等。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，分析目前白光LED的發展現狀以及與健康的光環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—環境”系統為研究對象，運用實測、統計、分析等方法,研究“人—機—環境”系統中三大要素之間的關系,以解決系統中人的效能、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、環境和系統協調。照明的人體工效學，就是研究光環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或盡量滿足舒適健康的需求。

照明光環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律和健康。因此，考慮人體功效學的良好的光環境應該從人的視覺、心理和生理的需要出發，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的發展現狀

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”般的速度發展。據報道，目前白光LED光效的實驗室數據已超過100lm/W，而進入商業領域的大功率白光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的商業化進程已初具規模，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據表明，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，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境的要求。室內環境是人們生活和工作大部分時間停留的環境，因此人們對室內照明環境的需求就越來越高。能否達到這些要求，是LED代替傳統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led燈具的配光分布不夠穩定，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境的心理需要，LED照明工程，也就要求視場內的光環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既是優勢又是挑戰。由于LED較小的發光點和光束角，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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