專|欄|作|者
張家雨
東南大學(xué)電子工程系教授
光環(huán)境會(huì)對(duì)人的生理和心理帶來(lái)潛移默化的影響,但在相當(dāng)長(zhǎng)的歷史時(shí)期,對(duì)照明電器的關(guān)注重點(diǎn)是如何提高其光效。白光LED器件的光效大幅度超過(guò)日光燈等傳統(tǒng)照明電器。近年來(lái)隨著科技的發(fā)展,基于LED的固態(tài)照明器件的制造成本不斷降低,在室內(nèi)照明、室外照明以及景觀照明等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,健康照明也隨之越來(lái)越引起人們的重視。
由于政府的大力支持,白光LED器件室外首先應(yīng)用在道路照明上。得益于其高光效和長(zhǎng)使用壽命,不僅在道路照明上大規(guī)模展開(kāi),而且也廣泛應(yīng)用在車輛的前照燈上,同時(shí)其弊端也開(kāi)始引起重視。LED器件是點(diǎn)光源發(fā)射,燈具設(shè)計(jì)不當(dāng)會(huì)引起眩光效應(yīng)。另一方面,白光LED器件一般由藍(lán)光LED和黃色熒光粉封裝而成,不僅發(fā)射光譜不連續(xù),而且紅色波段的強(qiáng)度偏低,導(dǎo)致照明色彩偏“冷”,這個(gè)問(wèn)題可通過(guò)優(yōu)化熒光粉,來(lái)“暖化”燈具的照明光譜,如圖所示。
近期隨著夜經(jīng)濟(jì)和旅游經(jīng)濟(jì)的如火如荼興起,城市越來(lái)越亮起來(lái)了。LED固態(tài)照明器件具有體積小和配色豐富的特點(diǎn),易于集成到景觀照明系統(tǒng)中,此外,其高光效的優(yōu)勢(shì)也滿足了“低碳”的要求,因此城市的室外照明和景觀照明大量采用LED照明器件,城市的夜空變得五彩斑斕,同時(shí)也帶來(lái)了“光污染”問(wèn)題。
LED固態(tài)照明的弊端和光污染問(wèn)題帶來(lái)了“健康照明”發(fā)展機(jī)遇。當(dāng)然健康照明的最大需求是室內(nèi)照明,特別是涉及青少年的教室和書(shū)桌照明。健康照明一方面需要政府部門的規(guī)章規(guī)范,另一方面需要開(kāi)展大量的長(zhǎng)期的人眼光生理研究,特別是不同類型的照明光譜對(duì)人眼的長(zhǎng)期光生理影響,在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出健康照明技術(shù)。
雖然藍(lán)光和黃光混合使人眼感知出“白光”,但這種“不連續(xù)光譜”的白光與太陽(yáng)光“連續(xù)光譜”的白光對(duì)人眼的光生理是不同的。到底是那種類型的照明光譜對(duì)人眼是健康的,需要長(zhǎng)時(shí)期的光生理基礎(chǔ)研究才能有明確結(jié)論。目前階段可以假設(shè)類似太陽(yáng)光那樣的連續(xù)光滑全波段光譜對(duì)人眼是最健康的。在相當(dāng)長(zhǎng)的歷史時(shí)期,地球上的照明來(lái)源于太陽(yáng)光或者篝火、燭光等熱輻射光源,進(jìn)入工業(yè)革命以來(lái),室內(nèi)照明采用的白熾燈也是熱輻射光源。人眼是在熱輻射光環(huán)境下進(jìn)化的,對(duì)這種光也是適應(yīng)的,因此可以認(rèn)為連續(xù)光滑全波段光譜的照明光源是最健康的。
目前燈具普遍采用藍(lán)光LED,這類燈具不僅不易獲得全波段光譜,而且往往含有高比例的藍(lán)光成分。光子的波長(zhǎng)越短,越易對(duì)人眼帶來(lái)?yè)p傷,因此這類燈具需進(jìn)行防藍(lán)光損傷設(shè)計(jì)。一種實(shí)現(xiàn)全波段照明的方法是采用淺紫外LED,通過(guò)激發(fā)恰當(dāng)比例的混合熒光粉,可在可見(jiàn)光波段實(shí)現(xiàn)全波段照明。隨著AlGaInN外延生長(zhǎng)的工藝成熟,這種白光LED照明器件將會(huì)是健康照明的發(fā)展方向之一。
此外,LED工作在正向?qū)顟B(tài),工作電壓的微小波動(dòng)會(huì)帶來(lái)電流的顯著變化,從而帶來(lái)大的光強(qiáng)波動(dòng)。LED驅(qū)動(dòng)電源的核心是將市網(wǎng)的交流轉(zhuǎn)化成直流的整流電路,光強(qiáng)的波動(dòng)頻率一般和市網(wǎng)的頻率一樣。研究表明照明光的這種頻率抖動(dòng)會(huì)對(duì)人眼帶來(lái)?yè)p傷,因此,健康照明也需關(guān)注光強(qiáng)的穩(wěn)定性。
LED固態(tài)照明市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈,照明企業(yè)如果能在健康照明方向進(jìn)行扎實(shí)的技術(shù)積累和持續(xù)不斷的產(chǎn)品研發(fā),能夠給企業(yè)帶來(lái)新的發(fā)展。