cookieOptions = {...}; ‧ LED 是否已經全面超越了傳統照明呢? - 3S Market「全球智慧科技應用」市場資訊網

智慧生活設計事務所


2015年5月25日 星期一


2012年底在昆明舉行的高級照明設計師論壇上,有一個報告綠色照明四要素再討論》,其中提出綠色照明必須包括節能、環保、安全、舒適這四個要素。隨著光源技術的進步和標準的完善,在光的安全性和舒適性方面還可以深入討論。

固態照明包括LEDOLED。目前OLED尚未在普通照明中得到廣泛應用,所以本文主要討論LED。隨著白熾燈的淘汰和高壓汞燈逐漸退出,傳統照明的範圍縮小,目前主要包括鹵鎢燈、螢光燈、高壓鈉燈和金鹵燈等光源及其配套電器和燈具。


評價節能的指標有光源和燈具的光效、壽命和光通維持率。環保指標是生產、運輸、運行、廢棄和回收過程中的有害物質排放量,以及運行期間所消耗電能對應的排放。LED不含汞等有害的發光物質,且光效、壽命和光通維持率均超過了傳統光源,所以在節能環保方面的優勢,已為大家所公認。

在安全性方面,所有光源和燈具均需要遵循電氣安全強制標準。這裡只討論光生物安全的藍光危害問題。舒適性指標有色溫、顯色指數、色容差和眩光指數等。傳統光源應用時間長,相當於在光生物安全和光品質方面設定了門檻。LED是否已經全面超越了傳統照明呢?

一、藍光危害
藍光危害已有國際標準和國家標準,危害等級和測試方法已有規範。不少研究結果已在期刊、會議和半導體照明聯盟的白皮書上發表。

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根據2013年我們進行的理論和實驗研究,發現藍光危害與光源的色溫和亮度有關LED與傳統光源相比,沒有本質上的不同。在光源的色溫和顯色指數相近時,各類光源的藍光危害效率差不多;藍光危害效率與色溫成正比,所以6500 K光源的藍光危害效率為2700 K光源的2.4倍,影響並不算大。

評價藍光危害的藍光加權輻亮度與亮度成正比,而光源的亮度變化範圍可達100倍,所以藍光危害主要由光源的亮度決定。控制了光源的亮度,藍光危害也就控制住了。

對於色溫低於6500 K的光源,只要其亮度不超過100kcdm-2,或照度不超過1000 lx,就是藍光安全的(0類,無危險)。對亮度更高的光源,如果分類在低危險類(1),只要避免直視,光源的使用也不受限制。


室內照明所用的傳統光源中,直管螢光燈和緊湊型螢光燈(節能燈)的亮度最低,在普通照明的色溫範圍內,均屬於0類藍光危害(無危險),屬於可以長時間直視的光源;鹵鎢燈和金鹵燈亮度高,只能短時間直視。

大功率LED單顆或整合封裝器件的亮度很高,可能達到石英金鹵燈的亮度,如用於投光燈,不能直接用眼睛看。區域照明用的LED光源或燈具,需要在封裝器件外面加一層擴散板或擴散罩,把亮度降低一個數量級以上,這樣也可以實現0類藍光危害。如果一個LED光源的亮度跟節能燈差不多,那它肯定是藍光安全的。

當然,由於LED光源和燈具的亮度要大一些,做照明設計的時候,要特別注意控制眩光。總體來看,普通照明用白光LED光源和燈具只要控制住亮度,其藍光危害就在安全範圍內。

非視覺生物效應,還沒有很明確的標準。國際上已有的研究結果表明,光源的節律效率同樣與色溫成正比。為順應人體的自然節律,晚上室內照明應該用低色溫的光源,這樣不會干擾人體的睡眠。

二、光品質
舒適性由光源的光品質決定指標,包括光譜、色溫、顯色指數、色容差、空間顏色均勻性、眩光指數、頻閃和壽命期間的顏色穩定性等。

在幾百萬年的進化過程中,人類的眼睛已適應了自然界的連續光譜,包括太陽光、天空光和月光。早期的人造光源都是連續光譜,如火把、蠟燭和油燈,以及第一代電光源白熾燈和鹵鎢燈。


隨著光效更高的氣體放電光源的出現,光譜有不同程度不連續的螢光燈、高壓鈉燈和金鹵燈等出現在人們的生活中,但其使用時間不到80年,在人類歷史長河中只算是一瞬間,還不足以從遺傳的角度,影響人類眼睛的視覺。

從師法自然的角度,在室內照明中採用連續譜光源,始終是更加自然的選擇。

目前主流的LED,是採用藍光晶片激發黃色螢光粉,來產生白光,在可見區內屬於連續光譜,但綠光區較弱,紅光區較少。所以LED的光譜連續性明顯強於螢光燈,但沒有超過陶瓷金鹵燈。

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一般LED的紅色特殊顯示指數(R9)只要求>0,無法很好地還原深紅色。所以中國的人民大會堂為例,用LED做照明改造後,紅五星還是用鹵鎢燈來照明。如果要提高深紅色的顯色性,應該在LED封裝器件中增加紅色螢光粉或紅光晶片。


室內場合的顯色指數很重要。如果向鹵鎢燈和陶瓷金鹵燈看齊,LED的顯色指數需要做到90以上,同樣需要增加紅色螢光粉或紅光晶片。

在壽命期內,光源的色溫和色座標一定要穩定。這對LED螢光粉和封裝矽膠的耐老化性能,提出了很高的要求。

空間顏色均勻性對傳統光源不是問題,但對LED就比較難解決。由於LED晶片的藍光仍有約1/3會射出,並參與混合成白光,而晶片和螢光粉的空間出光均勻性有差異,這將導致空間色座標偏移,甚至白光周圍出現彩色光。這個問題對智能照明的多色LED混光燈具更嚴重,是今後需要重點解決的難題。

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照明的舒適度,還需要考慮頻閃問題。目前的交流LED方案,是將市電整流之後直接點LED,存在頻率100Hz的頻閃,且電流過零時LED不發光。這需要增加電容濾波,降低光的波動深度。

結論
LED能否包打天下?我個人認為未來也許可以,特別是出現光譜很連續的多晶片複合LED之後,但目前還不可能。

LED已經是最節能環保的光源之一,但光品質方面仍有一些不足需要改善。不同的應用場合,需要不同的照明解決方案,採用最合適的光源就是明智的選擇。

                                                                                                                                                                                                                            

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