照明是涉及多種學(xué)科和多種技術(shù)領(lǐng)域的綜合性工程技術(shù)。人的視覺特性和視覺認(rèn)知決定了對照明的量和質(zhì)的追求,不但要考慮自身技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展,還要綜合考慮和關(guān)注美學(xué)、哲學(xué)、人體工效學(xué)、生理學(xué)和心理學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域來滿足最終客戶的需要。
半導(dǎo)體照明技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展比人們的預(yù)期快得多,LED的某些光學(xué)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?qū)拸V、光束集中、響應(yīng)速度快、亮度和色彩均可智能化網(wǎng)絡(luò)化控制與調(diào)節(jié)等等。這些新特牲的應(yīng)用將改變?nèi)藗儌鹘y(tǒng)照明的經(jīng)驗(yàn)和習(xí)慣,引發(fā)照明理念和光文化的變革,推動照明產(chǎn)品向以人為本和更人性化的方向發(fā)展,適時(shí)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(jìn)入現(xiàn)代文明的標(biāo)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(biāo)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(xué)特性與人的生理光學(xué)效應(yīng)和心理光學(xué)效應(yīng)協(xié)同性,特別是人的生理節(jié)律(生物鐘)和內(nèi)分泌系統(tǒng)在很大程度上是由照明調(diào)節(jié)的。要研究什么LED色光照明會刺激或抑制皮質(zhì)醇的分泌,皮質(zhì)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(zhì)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(diào)節(jié)心理情緒和情趣的需要,調(diào)節(jié)生理節(jié)律和內(nèi)分泌系統(tǒng)的需要。
制定標(biāo)準(zhǔn)是當(dāng)務(wù)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(yīng)在2美元以下,每瓦的發(fā)光效率應(yīng)在100lm以上,顯色指數(shù)室內(nèi)照明應(yīng)大于85,室外照明應(yīng)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(dǎo)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(jìn)。LED光源沒有確定的光軸與配光曲線,不是嚴(yán)格的點(diǎn)光源,發(fā)光強(qiáng)度與距離的平方成反比定律不適用,光學(xué)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(biāo)準(zhǔn)滯后,嚴(yán)重地阻礙了行業(yè)的發(fā)展,盡快研究制定標(biāo)準(zhǔn)是當(dāng)務(wù)之急。IEC(國際電工委員會)正在組織研究制定LED照明產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn),我們應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)。
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(yīng)該充分發(fā)揮LED的光學(xué)特性去創(chuàng)造現(xiàn)代照明產(chǎn)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(chǎn)品,促進(jìn)照明理論的變革,推動照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
發(fā)展照明產(chǎn)業(yè)應(yīng)突破傳統(tǒng)觀念
在照明產(chǎn)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(yīng)用100多年,成為人們的傳統(tǒng)習(xí)慣,但燈泡的發(fā)光比較集中,太亮?xí)a(chǎn)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(shè)計(jì)才能克服以上缺點(diǎn)。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(jù)需要可大可小,亮度、色溫和顯色性均可調(diào)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(diào)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(jù)不同人的需求選擇不同的光源。典型的光源應(yīng)該是RGB三色組合成可調(diào)色溫和顯色性的光源照明系統(tǒng),可以根據(jù)不同人群的需要,隨心所欲地調(diào)節(jié)亮度和色度。色光可以調(diào)節(jié)人的心境和情緒,減緩壓力,調(diào)動情趣,消除疲勞,促進(jìn)健康。用LED色光可以有效地治療SAD(季節(jié)性情緒失調(diào))疾病;紫光、藍(lán)光照射皮膚可以促進(jìn)維生素A、D的生成,進(jìn)而促進(jìn)鈣的吸收,藍(lán)光可以去黃膽;印度醫(yī)學(xué)家D.P.Chadiali用12種色光照射治療人的過敏反應(yīng)、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(jù)不同人的生理和心理需要調(diào)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(shí)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(shè)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(fèi)。在支路、人車混合道路上可以將路燈架設(shè)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(rèn)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(xí)慣的物體色也是在標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)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(lán)、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(qū)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(yīng)該是一個系統(tǒng)。
LED產(chǎn)業(yè)技術(shù)在不斷發(fā)展,研究發(fā)光效率的提高是產(chǎn)業(yè)技術(shù)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(rèn)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(jià)值鏈系統(tǒng)去研究人們到底如何更有效地、健康地、科學(xué)地借助照明系統(tǒng)去看周圍的東西,在價(jià)值鏈中增加有價(jià)值的新元素,提出使用的價(jià)值,去推動市場,拓展市場需求。