室内照明的安全性与舒适性：固态照明如何超越传统照明？

　　2012年底在昆明举行的高级照明設計师论坛上，我做过一个报告《绿色照明四要素再讨论》，其中提出绿色照明必须包括节能、环保、安全、舒适這四个要素。随着光源技术的进步和标准的完善，在光的安全性和舒适性方面还可以继续深入讨论。   　　固态照明包括LED和OLED。目前OLED尚未在普通照明中得到广泛应用，所以本文主要讨论LED。随着白炽灯的淘汰和高压汞灯逐渐退出，传统照明的范围缩小，目前主要包括卤钨灯、荧光灯、高压钠灯和金卤灯等光源及其配套电器和灯具。   　　評价节能的指标有光源和灯具的光效、寿命和光通维持率。环保指标是生产、运输、运行、废弃和回收过程中的有害物质排放量，以及运行期间所消耗电能对应的排放。LED不含汞等有害的发光物质，且光效、寿命和光通维持率均超过了传统光源，所以在节能环保方面的优势已为大家所公认。   　　在安全性方面，所有光源和灯具均需要遵循电气安全强制标准。這里只讨论光生物安全的藍光危害问题。舒适性指标有色温、显色指數、色容差和眩光指數等。传统光源应用时间長，相当于在光生物安全和光品质方面設定了门槛。LED是否已经全面超越了传统照明？   　　1.藍光危害   　　藍光危害已有国际标准和国家标准，危害等级和测试方法已有規范。不少研究結果已在期刊、会议和半导体照明联盟的白皮书上发表。   　　根据2013年我们进行的理论和实验研究，发現藍光危害与光源的色温和亮度有关，LED与传统光源相比没有本质上的不同。在光源的色温和显色指數相近时，各类光源的藍光危害效率差不多；藍光危害效率与色温成正比，所以6500 K光源的藍光危害效率为2700 K光源的2.4倍，影响并不算大。   　　評价藍光危害的藍光加权辐亮度与亮度成正比，而光源的亮度变化范围可达100倍，所以藍光危害主要由光源的亮度决定。控制了光源的亮度，藍光危害也就控制住了。对于色温低于6500 K的光源，只要其亮度不超过100 kcd m–2，或照度不超过1000 lx, 就是藍光安全的(0类，无危险)。对亮度更高的光源，如果分类在低危险类(1类)，只要避免直视，光源的使用也不受限制。   　　室内照明所用的传统光源中，直管荧光灯和紧凑型荧光灯(节能灯)的亮度最低，在普通照明的色温范围内均属于0类藍光危害(无危险)，属于可以長时间直视的光源；卤钨灯和金卤灯亮度高，只能短时间直视。大功率LED单颗或集成封装器件的亮度很高，可能达到石英金卤灯的亮度，如用于投光灯，不能直接用眼睛看。区域照明用的LED光源或灯具，需要在封装器件外面加一层扩散板或扩散罩，把亮度降低一个數量级以上，這样也可以实現0类藍光危害。如果一个LED光源的亮度跟节能灯差不多，那它肯定是藍光安全的。   　　当然，由于LED光源和灯具的亮度要大一些，做照明設計的时候要特别注意控制眩光。总体来看，普通照明用白光LED光源和灯具只要控制住亮度，其藍光危害就在安全范围内。   　　非视觉生物效应还没有很明确的标准。国内外已有的研究結果表明，光源的节律效率同样与色温成正比。为順应人体的自然节律，晚上室内照明应该用低色温的光源，這样不会干扰人体的睡眠。   　　2.光品质   　　舒适性由光源的光品质决定，指标包括光谱、色温、显色指數、色容差、空间颜色均匀性、眩光指數、频闪和寿命期间的颜色稳定性等。   　　在几百万年的进化过程中，人类的眼睛已适应了自然界的连续光谱，包括太阳光、天空光和月光。早期的人造光源都是连续光谱，如火把、蜡烛和油灯，以及第一代电光源白炽灯和卤钨灯。随着光效更高的气体放电光源的出現，光谱有不同程度不连续的荧光灯、高压钠灯和金卤灯等出現在人们的生活中，但其使用时间不到80年，在人类历史長河中只算是一瞬间，还不足以从遗传的角度影响人类眼睛的视觉。从师法自然的角度，在室内照明中采用连续谱光源始终是更加自然的选择。   　　目前主流的LED是采用藍光芯片激发黄色荧光粉来产生白光，在可见区内属于连续光谱，但绿光区较弱，紅光区较少。所以LED的光谱连续性明显强于荧光灯，但没有超过陶瓷金卤灯。一般LED的紅色特殊显示指數(R9)只要求>0，无法很好地还原深紅色。所以人民大会堂用LED做照明改造后，紅五星还是用卤钨灯来照明。如果要提高深紅色的显色性，应该在LED封装器件中增加紅色荧光粉或紅光芯片。   　　室内场合的显色指數很重要。如果向卤钨灯和陶瓷金卤灯看齐，LED的显色指數需要做到90以上，同样需要增加紅色荧光粉或紅光芯片。   　　在寿命期内，光源的色温和色坐标一定要稳定。這对LED荧光粉和封装硅胶的耐老化性能提出了很高的要求。   　　空间颜色均匀性对传统光源不是问题，但对LED就比较难解决。由于LED芯片的藍光仍有约1/3会出射并参与混合成白光，而芯片和荧光粉的空间出光均匀性有差异，這將导致空间色坐标偏移，甚至白光周围出現彩色光。這个问题对智能照明的多色LED混光灯具更严重，是今后需要重点解决的难题。   　　照明的舒适度还需要考虑频闪问题。目前的交流LED方案是將市电整流之后直接用来点LED灯，存在频率100 Hz的频闪，且电流过零时LED不发光。這需要增加电容滤波，降低光的波动深度。   　　LED能否包打天下？我个人认为未来也许可以，特别是出現光谱很连续的多芯片复合LED之后，但目前还不可能。LED已经是最节能环保的光源，但光品质方面仍有一些不足需要加强。不同的应用场合需要不同的照明解决方案，采用最合适的光源就是明智的选择。