半導體照明系統(tǒng)制定標準成當務之急

照明是涉及多種學科和多種技術領域的綜合性工程技術。人的視覺特性和視覺認知決定了對照明的量和質的追求，不但要考慮自身技術領域的發(fā)展，還要綜合考慮和關注美學、哲學、人體工效學、生理學和心理學等學科領域來滿足最終客戶的需要。

半導體照明技術與產業(yè)的發(fā)展比人們的預期快得多，LED的某些光學特性是以往任何人造光源無法比擬的，如色彩豐富、色飽和度高、色域寬廣、光束集中、響應速度快、亮度和色彩均可智能化網絡化控制與調節(jié)等等。這些新特牲的應用將改變人們傳統(tǒng)照明的經驗和習慣，引發(fā)照明理念和光文化的變革，推動照明產品向以人為本和更人性化的方向發(fā)展，適時地滿足人的生理和心理健康的需要。

照明需兼顧生理和心理影響

過去照明的目的是滿足人們在黑暗中對光的需求，1879年愛迪生發(fā)明商用白熾燈是人類進入現(xiàn)代文明的標志。照明首先是滿足人們能看得見物體和景物，其次是針對不同作業(yè)面的需求，對光源有不同的亮度和照度要求，但總體來說照明是建筑電氣的一部分。

LED光源是現(xiàn)代照明的標志，要研究不同色光和色飽和度的LED照明對人們生理和心理的影響，研究LED的光學特性與人的生理光學效應和心理光學效應協(xié)同性，特別是人的生理節(jié)律(生物鐘)和內分泌系統(tǒng)在很大程度上是由照明調節(jié)的。要研究什么LED色光照明會刺激或抑制皮質醇的分泌，皮質醇會使人精神振奮，增加活力，什么LED色光照明會刺激或抑制褪黑素的分泌，褪黑素會使人困倦，昏昏欲睡。因此現(xiàn)代照明的目的有質的變化，要滿足不同人群的視覺生理和心理健康、安全與舒適的需要，調節(jié)心理情緒和情趣的需要，調節(jié)生理節(jié)律和內分泌系統(tǒng)的需要。

發(fā)展照明產業(yè)應突破傳統(tǒng)觀念

在照明產業(yè)邁向現(xiàn)代照明的過程中，還有若干傳統(tǒng)觀念需要突破。

1.突破傳統(tǒng)燈泡和以燈泡為主的燈具照明的概念，發(fā)展面光源。

白熾燈光源已應用100多年，成為人們的傳統(tǒng)習慣，但燈泡的發(fā)光比較集中，太亮會產生炫目的感覺，光線不柔和，照明工作面不均勻，要用特殊的配光設計才能克服以上缺點。LED光源可以做成兩維面光源，用背光源的形式做成發(fā)光面板。尺寸根據需要可大可小，亮度、色溫和顯色性均可調節(jié)，可以避免傳統(tǒng)燈具的炫目感，光線更加柔和和均勻舒適。

2.突破仿造太陽光的概念，發(fā)展數(shù)字化可調色光的組合照明系統(tǒng)。

人造光源是否一定要模仿太陽光是一個值得探討的問題，夜晚沒有陽光，照明可以根據不同人的需求選擇不同的光源。典型的光源應該是RGB三色組合成可調色溫和顯色性的光源照明系統(tǒng)，可以根據不同人群的需要，隨心所欲地調節(jié)亮度和色度。色光可以調節(jié)人的心境和情緒，減緩壓力，調動情趣，消除疲勞，促進健康。用LED色光可以有效地治療SAD(季節(jié)性情緒失調)疾??；紫光、藍光照射皮膚可以促進維生素A、D的生成，進而促進鈣的吸收，藍光可以去黃膽；印度醫(yī)學家D.P.Chadiali用12種色光照射治療人的過敏反應、免疫系統(tǒng)紊亂、心血管病、精神緊張、抑郁癥和失眠癥等。因此現(xiàn)代照明是可以根據不同人的生理和心理需要調控的數(shù)字化色光組合照明系統(tǒng)。

3.突破傳統(tǒng)路燈的概念，發(fā)展人性化的LED路燈照明系統(tǒng)。

一般城市快速路和主干道的路燈燈竿高度為12-15米，實際上路燈燈竿高度低一些更有貼近人的溫馨感。LED路燈沒有必要做成鈉燈燈具的形狀，可以做成分散光源的配光設置，高處燈頭做成線狀光源，燈竿可以充分利用做成柱狀光源。由于城市綠化的要求，許多路燈的光照在樹上，沒有有效地利用光能，造成很大的浪費。在支路、人車混合道路上可以將路燈架設在道路中間，沿道路中線懸掛，均勻有效地利用光能，兩邊的燈竿做成柱狀發(fā)光體，照亮低矮的地方，做成分散的光源，可以更充分地發(fā)揮LED光源的特長和優(yōu)勢，更人性化。

4.突破傳統(tǒng)物體色的概念，高飽和度色光照明將視覺認知帶入一個全新的境界。

通常物體隨不同光源(不同光譜混合)照射，能呈現(xiàn)不同的顏色。以往的光源都追求日光型，都與日光比較，人們習慣的物體色也是在標準的日光下顯現(xiàn)的。物體對不同光譜的反射率及光源發(fā)光強度決定了物體的顏色和色澤。傳統(tǒng)光源(除激光外)的色純度不高，也就是色飽和度不高，在單一波長的色光中混合了較多的背景光亮度(輝度)，即疊加了白光，降低了色光的色飽和度，物體色不那么鮮艷，用LED高純度的藍、綠、紅光照射物體會有不一樣的效果。我們要充分利用LED的性能去驅動和開辟新的市場，打開人們的新視野。

5.突破傳統(tǒng)燈具的概念，照明應該是一個系統(tǒng)。

LED產業(yè)技術在不斷發(fā)展，研究發(fā)光效率的提高是產業(yè)技術的主流。但是要有效地利用光和色光、將光傳送到需要的地方，滿足人的視覺生理和心理需要，就必須研究不同頻率的光譜組合與人的視覺認知的適配性，研究光源、燈具、配光到人體及視覺相互作用，作為一個價值鏈系統(tǒng)去研究人們到底如何更有效地、健康地、科學地借助照明系統(tǒng)去看周圍的東西，在價值鏈中增加有價值的新元素，提出使用的價值，去推動市場，拓展市場需求。

制定標準是當務之急

要與現(xiàn)有光源競爭，LED需要滿足以下幾個方面的要求：一盞燈需要1000lm以上才能用于照明，1000lm的光通量成本應在2美元以下，每瓦的發(fā)光效率應在100lm以上，顯色指數(shù)室內照明應大于85,室外照明應大于70.最近Cree已研制出用紅、黃熒光粉的暖白色、高顯色性LED,1mm 2芯片，色溫2780K,顯色指數(shù)Ra=92.8,發(fā)光效率113lm/W。

LED是半導體器件，其光、電、色的參數(shù)均隨器件溫度及環(huán)境溫度而變化，散熱性和穩(wěn)定性有待改進。LED光源沒有確定的光軸與配光曲線，不是嚴格的點光源，發(fā)光強度與距離的平方成反比定律不適用，光學參數(shù)在不同的角度不同，也就是說不同的高度要用不同的配光。

行業(yè)標準滯后，嚴重地阻礙了行業(yè)的發(fā)展，盡快研究制定標準是當務之急。IEC(國際電工委員會)正在組織研究制定LED照明產品的標準，我們應積極參加?，F(xiàn)有色溫的概念、顯色性與顯色指數(shù)的概念對LED不大適用，我們正在推動CIE(國際照明委員會)研究修訂國際標準。

LED用于照明指日可待，我們不能因循守舊，按照傳統(tǒng)觀念和前人的老路集體性地盲目跟從，而應該充分發(fā)揮LED的光學特性去創(chuàng)造現(xiàn)代照明產品，突破傳統(tǒng)理念，開發(fā)適合人們生理和心理需要、安全與健康的照明產品，促進照明理論的變革，推動照明產業(yè)的發(fā)展。

相關鏈接　　關于照明的一些基本概念

1.發(fā)光強度

發(fā)光強度是國際單位制中7個基本單位之一，發(fā)光強度的定義是：發(fā)光頻率540GHz(對應空氣中555nm的波長)的單色輻射，在給定方向上輻射強度為1/683W/sr時，光源在該方向上的發(fā)光強度規(guī)定為1坎德拉(Candela)，記作cd,這是客觀物理量的定義。如果用光通量流明表示，在單位立體角內發(fā)出1流明的光通量就定義為1個坎德拉(cd)，即1cd=1lm/sr,這是主觀物理量，因為光通量流明是與人眼的光譜光視效率有關的主觀量。

2.光效

只用流明/瓦來表示光源的發(fā)光效率是不科學的，因為光源發(fā)光的不同光譜組合有不同的輻射強度，而人眼對不同光譜輻射有不同的靈敏度，即光譜光視效率。白光LED光源最少要標出相關色溫、顯色指數(shù)和發(fā)光效率。最近Osram公司還標出色坐標，這才是光學性能參數(shù)的正確表示方法，也才有相互比較的可能。關于照明的效率有光源效率、燈具效率、配光的有效利用效率、人眼的視覺效率和心理效率，不能簡單地用LED的發(fā)光效率說明LED如何節(jié)能。

3.白光LED發(fā)光效率的理論極限之爭

關于白光LED發(fā)光效率的理論值說法不一，有半導體專家稱400lm/W,有照明專家稱320-350lm/W。根據國際計量委員會關于發(fā)光強度的定義：對綠光555nm波長1cd=1/683w/sr,即綠光的理論發(fā)光效率可達683lm/W.CIE中國專家葉關榮教授計算等能白光的極限發(fā)光效率為182.45lm/W,在犧牲顯色性的情況下，白光的發(fā)光效率為200lm/W左右，但等能白光是最嚴的要求，實際光源做不到。因此光源的發(fā)光效率在182.45-683lm/W之間，不同光譜組合的發(fā)光效率不同。美國集中100多位科學家編著的研究報告中指出白光的理論極限為220lm/W。因此不同顯色指數(shù)的白光光源的發(fā)光效率之間沒有可比性。

4.照度與色溫(相關色溫)的關系

人眼對亮度和顏色的感覺與環(huán)境光(背景光)有關，還和以往的經驗與習慣有關，也和人的心理期望與情感情緒有關。一般正常人在低照度環(huán)境下習慣于低色溫，如路燈對路面的照度在100lx以下，相應的色溫在3000K以下，人感覺的舒適度較高，特別是在黑暗的背景下更是如此。室內照明在300lx左右的照明，色溫也在3000K左右，宜用暖色調光源，照明用光源通常色溫在2700K-4800K之間，現(xiàn)在用藍光涂敷黃色熒光粉試制成的白光LED性價比較高，但色域、色容差和顯色性均不理想，相關色溫在7000K左右，不適合做照明光源。