用人体功效学分析白光led在室内照明中的应用

1.引言
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。
2.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评价人的需要、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。
3.白光led的发展现状
3.1.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。
3.2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，5w led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。
3.3.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）黄色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。制备白光led的几种主要方案及其色温和显色指数范围如下表所示。