从人体功效学分析白光LED在室内照明中应用

　　作为一种具有巨大发展潜力的光源，LED的长寿命、牢固的结构、较低的功耗和灵活的外形尺寸等优点受到了人们越来越多的关注，近几年，LED特别是单色LED被广泛地应用于大屏幕、信号灯和景观照明中。随着LED技术的不断发展，白光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指标不断取得新的突破，人们对LED应用于照明充满了期待。

　　然而，将白光LED应用于普通的室内照明也面临着一系列的挑战，例如单颗LED的光通量还难以满足普通照明的需求、单位成本过高、光效比节能灯低、色差大、稳定性不足等。虽然研究成果形势喜人，但要生产出真正符合照明要求的市场化产品仍需一定的时间，这是LED研发人员、生产商和使用者都无法回避的事实。本文从照明的人体功效学出发，分析目前白光LED的发展现状以及与健康的光环境所需要的正常指标之间的差异，对促进LED在室内照明的应用进程提出了一些建议。

　　1、照明的人体功效学

　　人体功效学也叫人类功效学或人体工程学，以“人—机—环境”系统为研究对象，运用实测、统计、分析等方法,研究“人—机—环境”系统中三大要素之间的关系,以解决系统中人的效能、健康问题。也就是说，人体功效学的研究致力于设计和*价人的需要、人的能力、人的极限，以及如何与各项任务、工作、产品、环境和系统协调。照明的人体工效学，就是研究光环境的设计如何满足人的需要，使人们更快、更好地完成各项视觉作业或尽量满足舒适健康的需求。

　　照明光环境应该充分考虑满足人们视觉功能的需要，使人们能在一个合适的视觉环境中正常地开展工作，即能看得清楚;又要满足人们心理上的需要，即要看得舒服。最近的一项研究表明，光还能通过影响人体内褪黑激素的分泌而影响人体的生理节律和健康。因此，考虑人体功效学的良好的光环境应该从人的视觉、心理和生理的需要出发，综合考虑多项因素，否则就会对人们的工作效率、心理或生理健康造成不良影响。

　　2、白光LED的发展现状

　　2.1光效

　　LED自上世纪60年代诞生以来，以每10年亮度提高30倍，价格下降10倍的“海兹定律”般的速度发展。据报道，目前白光LED光效的实验室数据已超过100lm/W，而进入商业领域的大功率白光LED也达到40lm/W。随着关键技术的突破，未来大功率LED的光效仍具有很大的上升空间，最高有可能达到150～200lm/W。

　　2.2光通量

　　随着大功率LED的面世和封装、散热等关键技术的突破，5WLED的商业化进程已初具规模，这使LED模块的光通量得到很大提高。来自日亚公司最新的研究数据表明，功率分别为5.5W和11W，光通量分别为250lm和400lm的大功率LED集成模块已经研制成功。这使LED用于普通照明的进程又向前迈进了一大步。

　　2.3色温和显色性

　　白光LED的色温和显色性与白光LED的制备方案密切相关。1996年日亚公司首先采用InGaN蓝光芯片加YAG(钇铝石榴石)$荧光粉的方法制成白光LED。 此后，人们又采用R、G、B三色芯片混光和近紫外芯片激发R、G、B三色荧光粉混光制成了白光LED。

　　采用蓝光LED加YAG荧光粉的方式因其工艺较为简单，技术成本较低，是目前制备白光LED最常用的方式，但其显色指数也相对较低。添加一定的红光荧光粉和绿光荧光粉虽能提高显色指数，但由于红光荧光粉的相对转化率较低，通常会引起总体光通量的衰减，即光效的下降。采用近紫外的LED加RGB三基色荧光粉理论上可以获得任意色温及较高显色指数的白光LED，但目前用于紫外LED荧光粉的技术尚未成熟。单芯片涂荧光粉的方法根据荧光粉的涂敷技术的不同，通常具有80~800K的色温差异。多芯片的LED理论上可以获得任意色温和高显色性的白光LED，但由于多芯片LED的正向电压和光输出不同，另外它们的温度特性和光维持特性也不相同，因而对电路设计的要求较高，目前技术还不成熟，模块间色温差异较大。

　　3、考虑人体功效学对白光LED照明的要求

　　如前面所述，考虑照明的人体功效学应考虑人们对照明环境的要求。室内环境是人们生活和工作大部分时间停留的环境，因此人们对室内照明环境的需求就越来越高。能否达到这些要求，是LED代替传统光源进行室内照明的关键。

　　3.1视觉功能的需求

　　为了满足人们的视觉需求，即要让人们能看得清楚，这就要求照明光环境具有一定的照度水平、照度均匀度和显色性。

　　要满足一定的照度水平，就要求LED具有足够的光通量。以一个小阅览室为例，假设阅览室面积为6m×8m，则大约需要20000~30000lm的光通量才可以满足人们正常的阅读需要。若不考虑其他因素，应用目前市场上200lm的大功率颗粒也需要100~150颗粒的LED才能够达到这样的照度要求。由于目前较好的市场产品的光效在30~40lm/W左右，不论能耗或成本，LED还不能与节能灯或荧光灯进行竞争。此外，LED灯具的光学设计技术方面的不成熟使目前LED灯具的配光分布不够稳定，要达到一定的照度均匀度也需要很高的成本。但对于小面积的重点照明，用少量能耗的LED可以满足视觉的需要，在均匀度方面也比较容易满足。而在显色性方面，目前的白光LED基本能满足一般室内活动的需要。