《智能“光”点》专栏:照明越来越“健康”

2022/9/29 9:54:23 作者:张家雨 来源:阿拉丁新闻中心
摘要:近年来随着科技的发展,基于LED的固态照明器件的制造成本不断降低,在室内照明、室外照明以及景观照明等领域的应用越来越广泛,健康照明也随之越来越引起人们的重视。

专|栏|作|者

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张家雨

东南大学电子工程系教授

光环境会对人的生理和心理带来潜移默化的影响,但在相当长的历史时期,对照明电器的关注重点是如何提高其光效。白光LED器件的光效大幅度超过日光灯等传统照明电器。近年来随着科技的发展,基于LED的固态照明器件的制造成本不断降低,在室内照明、室外照明以及景观照明等领域的应用越来越广泛,健康照明也随之越来越引起人们的重视。

由于政府的大力支持,白光LED器件室外首先应用在道路照明上。得益于其高光效和长使用寿命,不仅在道路照明上大规模展开,而且也广泛应用在车辆的前照灯上,同时其弊端也开始引起重视。LED器件是点光源发射,灯具设计不当会引起眩光效应。另一方面,白光LED器件一般由蓝光LED和黄色荧光粉封装而成,不仅发射光谱不连续,而且红色波段的强度偏低,导致照明色彩偏“冷”,这个问题可通过优化荧光粉,来“暖化”灯具的照明光谱,如图所示。

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近期随着夜经济和旅游经济的如火如荼兴起,城市越来越亮起来了。LED固态照明器件具有体积小和配色丰富的特点,易于集成到景观照明系统中,此外,其高光效的优势也满足了“低碳”的要求,因此城市的室外照明和景观照明大量采用LED照明器件,城市的夜空变得五彩斑斓,同时也带来了“光污染”问题。

LED固态照明的弊端和光污染问题带来了“健康照明”发展机遇。当然健康照明的最大需求是室内照明,特别是涉及青少年的教室和书桌照明。健康照明一方面需要政府部门的规章规范,另一方面需要开展大量的长期的人眼光生理研究,特别是不同类型的照明光谱对人眼的长期光生理影响,在此基础上开发出健康照明技术。

虽然蓝光和黄光混合使人眼感知出“白光”,但这种“不连续光谱”的白光与太阳光“连续光谱”的白光对人眼的光生理是不同的。到底是那种类型的照明光谱对人眼是健康的,需要长时期的光生理基础研究才能有明确结论。目前阶段可以假设类似太阳光那样的连续光滑全波段光谱对人眼是最健康的。在相当长的历史时期,地球上的照明来源于太阳光或者篝火、烛光等热辐射光源,进入工业革命以来,室内照明采用的白炽灯也是热辐射光源。人眼是在热辐射光环境下进化的,对这种光也是适应的,因此可以认为连续光滑全波段光谱的照明光源是最健康的。

目前灯具普遍采用蓝光LED,这类灯具不仅不易获得全波段光谱,而且往往含有高比例的蓝光成分。光子的波长越短,越易对人眼带来损伤,因此这类灯具需进行防蓝光损伤设计。一种实现全波段照明的方法是采用浅紫外LED,通过激发恰当比例的混合荧光粉,可在可见光波段实现全波段照明。随着AlGaInN外延生长的工艺成熟,这种白光LED照明器件将会是健康照明的发展方向之一。

此外,LED工作在正向导通状态,工作电压的微小波动会带来电流的显著变化,从而带来大的光强波动。LED驱动电源的核心是将市网的交流转化成直流的整流电路,光强的波动频率一般和市网的频率一样。研究表明照明光的这种频率抖动会对人眼带来损伤,因此,健康照明也需关注光强的稳定性。

LED固态照明市场竞争激烈,照明企业如果能在健康照明方向进行扎实的技术积累和持续不断的产品研发,能够给企业带来新的发展。



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