LED讓照明學科發生的新變化

文章來源:恒光電器

發布時間:2013-12-27

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 照明是一門科學。作為一門科學有其本質的東西，這些東西是不能被顛覆的。比如說，大到光度學、色度學的基本理論，小到道路照明的要求，室內照明的要求。這些是照明學科的基本東西。隨著技術的發展會進一步的發展，但是不會被顛覆。但是，這些都是視覺照明的概念，LED會讓照明學科發生很大的變化，這主要體現在：

　　1.照明學科的發展將向更寬廣的領域發展。應該說，傳統光源的限制，使得照明學科主要是研究視覺照明的，因為光源的主要用途也就是用作人眼看清世界，盡管也有少量的其它用途，但是相比視覺應用，那是小很多的。因此，實際上，照明學科很多年來一直是視覺照明的學科。CIE在此領域是世界的權威，壟斷該領域的發言權。

　　在英文里， 有關照明的詞有兩個，分別是lighting與illumination，這兩個詞，即使是英語為母語的人也說不清楚它們的差別。我曾經特意請教CIE前主席Van Bommel教授，但是得到的答案是不明確的。再請教國際電光源委員會主席英國的Devonshire博士，熱情的該博士給我很長的email，基本意思是（1）lighting本意是light加上ing，光在傳播中；（2）illumination與lighting同為照明的意思，但多少年來一直指視覺照明，原因是多少年來照明基本上就是視覺照明，非視覺照明的東西很少。但是illumination基本上是專業研究人員使用，而lighting是大眾使用的詞；（3）基于詞根的意思，illumination指視覺照明是合適的，而lighting指所有的照明是合適的。

　　因此，未來照明學科的發展將是真正的照明概念，即包括視明與非視明。

　　2.作為照明的物質基礎的光源，傳統的光源不會消亡，國際資訊，但是會淡出，可能在不久的將來，LED將是主流光源，這點10年前基本不這樣說， 但是現在估計很少有人不相信了。LED作為主流光源的影響表面上是對行業的影響，下文將敘述。但是對照明學科的發展同樣很大。

　　由于LED之前，主流的光源是熱輻射光源、低氣壓放電光源與高強度放電光源，而光源的主要用途也就是視覺照明（為了與現有說法一致，本段下文將視覺照明簡稱照明）。這些光源由于在尺度、光譜及時間等空間的不靈活性，造就了照明學科的重心是照明的物質基礎“光源”，在光源的研究成熟之后，照明學科基本也就沒有大的發展。我們看到，照明學科在20世紀前半葉有很多研究成果，但是在CIE1931、CIE1964及CIE1976的色度系統，1974年最后一次大的進展即顯色指數確定下來之后，照明學科基本沒有大的進展，甚至快接近“照明工程”了。這主要是，照明的物質基礎光源太不靈活了，換言之， 就是那么幾種光源，把他們的應用研究透了就可以了。因此，在此之后的主要研究就是研發新的光源，而作為熱輻射光源之后的主流氣體放電光源，研究的重心尋找新的發光物質，或者二次發光方法。但是LED變為照明的主流光源，將使這種局面有很大的變化：

　　（1）LED器件的主要指標與價格尚未達到技術成熟時，特別是綠光LED有待進一步技術進步。因此，在一段時間內，發展LED技術仍然會是我們照明學科的一個重要部分。但是，目前LED已經發展到可以在很多領域獲得應用。因此，照明學科的重心將逐步回歸到照明，即光源的應用，而是不是光源本身。

　　（2）LED的高度靈活性將造就了未來照明學科的巨大研究機會。因為，LED的高度靈活性將造就LED的廣闊應用領域，而在各種應用領域中，又是由于LED的高度靈活性而存在一個最優的應用選擇，這是學術的問題，即研究機會。典型的例子是LED植物補光，與人眼存在由于不同的波長 V(λ)值不同類似，植物補光也存在不同波長的補光效率不同，即存在所謂的光配方的概念。目前的這個研究還處于初始階段。
 

說完了照明學科， 再回頭來說照明產業，這個是相對產業界的問題。我可以從技術的發展角度說一下看法。

　　1.LED將成為主流光源這點毋庸置疑。因為，LED已經顯現出許多優勢，目前除了技術指標上的優勢外，更重要的是LED的無限靈活性。這點為LED無限的應用空間造就了基礎。但是目前LED的價格還較高，這點會延緩而不是阻礙LED的應用。因為， 價格問題遲早會解決，近年來價格的快速下降也證明了這一點。

　　延緩LED應用的推廣的因素除價格外，還有一個很重要的是對LED的應用評價。由于視明的評價體系完全是基于傳統光源建立起來的，完全有可能不適合某些情況的LED視明應用，而非視明的應用總體上來說研究滯后。典型的例子是LED造成的目前采用Ra顯色指數進行光源顯色性評價的有效性爭論。但是這一點不會阻礙LED應用的推廣，只會延緩。而這，再一次的得益于LED的無限靈活性。

　　2.LED的非視明應用是一個巨大的應用空間。目前非視明應用基本上處于研究與少量的應用階段，主要包括農業照明、醫療照明等。近來很熱的LED可見光通信，是LED的一個非常特殊的應用，它以LED發出的光為載體進行信號無線傳輸，嚴格的說這個通信的目的不是照明，但是由于它與照明使用同一個發光體，一次，或許可以叫做通信照明吧。

　　3.LED白光的技術路線

　　目前LED的白光技術路線主要有三種，即RGB方式、紫色LED加紅綠藍三色熒光粉、但是，在目前綠光LED光電效率總體很低的情況下，目前LED產生白光的主流方法是蘭光LED加黃光熒光粉。這種方法的理論上所能達到的最大光效（輻射光效）約為280lm/W，且光譜的靈活性大大減弱。而采用紅色、藍色、綠色LED的所謂RGB方式，所能獲得的最大理論光效可達到360lm/W以上，且由于光譜是由RGB三色或者更多的單色LED組成，因而具有很大的靈活性。且采用RGB方式實現白光LED，配合LED的控制技術，很容易實現對LED的調光與調色等應用。因此，綠光LED光效的大幅提高，將成就LED在光譜方面真正的、實用的無限靈活性，作為這種無限靈活性的一個特例，就是未來白光LED技術轉向RGB方式。

　　4.綠光光譜光效的大幅提升造就的LED光譜無限靈活性，也將附帶的開啟很多學術的研究機會。這個對產業界的影響是評價體系。由于光譜無限靈活性的可實現，在LED的各種應用中，將出現哪個光譜最優的理論問題。在這些理論問題中，與光譜相關的顯色指數的學術問題將再次成為研究與爭論的熱點。即，在一定的應用中，顯色性（Ra、CQS等）的評價是否合理？多高的數值是合適的？而這將對產業界有一定的影響。

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