用人体功效学分析白光LED在室内照明中的应用

文章摘要：3.1 视觉功能的需求为了满足人们的视觉需求，即要让人们能看得清楚，这就要求照明光环境具有一定的照度水平、照度均匀度和显色性。要满足一定的照度水平，就要求LED具有足够的光通量。以一个小阅览室为例，假设阅览室面积为6m×8m，则大约需要20000~30000lm的光通量才可以满足人们正常的阅读需要。若不考虑其他因素，应用目前市场上200lm的大功率颗粒也需要100~150颗粒的LED才能够达到这样的照度要求。由于目前较好的市场产品的光效在30~40lm/W左右，不论能耗或成本，LED还不能与节能灯或荧光灯进行竞争。此外，LED灯具的光学设计技术方面的不成熟使目前LED灯具的配光分布不够稳定，

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　　3.1  视觉功能的需求

　　为了满足人们的视觉需求，即要让人们能看得清楚，这就要求照明光环境具有一定的照度水平、照度均匀度和显色性。

　　要满足一定的照度水平，就要求LED具有足够的光通量。以一个小阅览室为例，假设阅览室面积为6m×8m，则大约需要20000~30000lm的光通量才可以满足人们正常的阅读需要。若不考虑其他因素，应用目前市场上200lm的大功率颗粒也需要100~150颗粒的LED才能够达到这样的照度要求。由于目前较好的市场产品的光效在30~40lm/W左右，不论能耗或成本，LED还不能与节能灯或荧光灯进行竞争。此外，LED灯具的光学设计技术方面的不成熟使目前LED灯具的配光分布不够稳定，要达到一定的照度均匀度也需要很高的成本。但对于小面积的重点照明，用少量能耗的LED可以满足视觉的需要，在均匀度方面也比较容易满足。而在显色性方面，目前的白光LED基本能满足一般室内活动的需要。

　　3.2    心理的需要

　　在正常的室内工作或活动，人们不但要求得到视觉功能的满足，同时也需要一定的视觉舒适度，这是人们对照明光环境的心理需要，也就要求视场内的光环境不可有直接眩光或间接眩光，色温要合适、灯具的布置要舒适。在要求视场的眩光方面，对白光LED既是优势又是挑战。由于LED较小的发光点和光束角，使光的出射方向很容易控制，但另一方面，通常LED光强较为集中，最大光强分布处若处理不当则容易对观测者造成眩光。研究表明，不舒适眩光不但会引起工作效率的下降，同时也会造成视觉疲劳和头痛等不良反应。另外，若选用RGB三芯片LED，虽能形成任意色温的白光，但较大的色差会影响视场整体的舒适和美观。若选用蓝光LED加YAG粉的方式，则色温基本偏高。为了使照明具有良好的效果，所选用的光源的色温必须与要求的照度相适应，图1所示是照度与色温对应的舒适区域。因此，较高的色温也会影响白光LED在室内照明中的应用，因为它要求相应高的照度，才能使人感觉舒适。另一方面，LED灵活的外形尺寸使LED灯具在设计上具有很大的空间，可以充分满足装饰性的要求。

　　3.3   生理的需要

　　室内照明中人们对生理上的需要主要表现为健康的需要。除了长期的紫外光照射会对皮肤造成不良影响以外，光影响健康的另外两个途径常常被人们所忽略，一个是光通过视觉影响健康，另一个是光通过生理节律系统影响健康。与白光LED用于室内照明有紧密联系的两个效应就是视网膜的蓝光危害效应及光通过抑止人体内褪黑激素的分泌影响人体的生理节律系统和健康。通常紫外光的危害发生于人眼的前眼部分，即对角膜会造成伤害。而蓝光由于其波长比紫外光长，可以透过眼底到达视网膜；而其单位能量在可见光范围内最强，容易灼伤视网膜及形成早期白内障。另一方面，人体褪黑激素的分泌受光照的影响，当褪黑激素分泌失常时容易引起人体生理节律的混乱，严重时引起癌症或其他病变。

　　在400~500nm的区域内，这种白光LED的能量分布具有一个明显的峰值。添加一定量的红光荧光粉后可以在一定程度上降低这一峰值，但是目前普遍使用的白光LED的这一蓝光区域峰值与蓝光视网膜危害的光谱敏感度曲线及影响生理节律系统的神经节细胞对光的敏感度曲线有较多的重叠区域，这不得不引起我们的重视。而如果使用紫外LED加三基色荧光粉及RGB多芯片白光LED，这两种效应则可以忽略。

　　4、促进白光LED在室内照明的应用

　　大功率白光LED虽然在光效、显色性及单颗功率方面取得很大突破，各LED厂商也以迅猛的势头不断更新已经取得的成就。但是，在考虑到人体功效学方面，对于缔造一个符合人居需要的照明环境，LED显然还有很长的路要走。为了促进LED更多、更合理地应用于室内照明中，以下的几个方面是LED设计者、生产者和应用者应该共同关注的。

　　4.1  重视合理的照明设计

　　就视觉功能的需要而言，目前LED的光通量和光效还难以满足大面积普通照明的需要。因而，合理的照明设计是将LED应用于室内照明的关键。例如，可以利用LED进行局部重点照明，或利用LED便于控制这一特性进行辅助照明和调光设计。设计时应同时结合视觉功能、心理和生理的需要，扬长避短，缔造健康、舒适的光环境。

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