淺析白光LED在室內(nèi)照明中應用

作為一種具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ墓庠矗琇ED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(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。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，對促進LED在室內(nèi)照明的應用進程提出了一些建議。

　　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，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(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(chǎn)品、環(huán)境和系統(tǒng)協(xié)調(diào)。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(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。

　　白光LED的發(fā)展現(xiàn)狀

　　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(lǐng)域的大功率白光LED也達到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，最高有可能達到150～200lm/W。

　　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，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。

　　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(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，因而對電路設計的要求較高，目前技術(shù)還不成熟，模塊間色溫差異較大。