基于LED光源特性的半導體照明應(yīng)用創(chuàng)新與發(fā)展

郝洛西 楊 秀

(同濟大學建筑與城市規(guī)劃學院，上海 200092)

全球LED產(chǎn)業(yè)在近十年來，隨著技術(shù)瓶頸的不斷突破，半導體新興企業(yè)與傳統(tǒng)照明行業(yè)開始步入同一軌道，共同謀求在普通照明領(lǐng)域的發(fā)展。世界五大芯片供應(yīng)商之一的美國CREE公司從當年美國North Carolina的研發(fā)三角區(qū)異軍突起，發(fā)展成為當今引領(lǐng)世界半導體行業(yè)的先鋒企業(yè)之一，其成長經(jīng)歷本身就昭示著行業(yè)變化的特點。而傳統(tǒng)照明行業(yè)如Philips，通過并購整合，在企業(yè)本身就實現(xiàn)了從半導體芯片、封裝、模塊到成品燈具的全覆蓋。其及時準確的戰(zhàn)略布局，助力公司成功轉(zhuǎn)型，在半導體照明全面發(fā)展的今天，依靠有價值的創(chuàng)新，依然保持照明行業(yè)的領(lǐng)袖形象。中國在半導體照明應(yīng)用方面，借助奧運會、世博會、亞運會和各地進行的大規(guī)模城市照明工程，成為全球LED照明產(chǎn)品應(yīng)用最大的市場。

在關(guān)注低碳經(jīng)濟、節(jié)能減排的今天，世界各國政府通過持續(xù)不斷的相關(guān)政策，對半導體照明的快速發(fā)展起到了規(guī)范和推動作用。美國國家環(huán)境保護局 (EPA)在2011年2月頒布了能源之星燈具1.0規(guī)范;但在2011年5月，EPA又決定將該規(guī)范的生效日期從2011年10月1日推遲到2012年4月1日。推遲實施日期的目的主要是考慮制造商、實驗室和認證機構(gòu)有足夠的時間來正確地應(yīng)用新規(guī)范中的技術(shù)要求。多年來美國能源部 (DOE)為了加快提升半導體照明技術(shù)的發(fā)展，聯(lián)合工業(yè)界、大學和國家實驗室開展了從政策、產(chǎn)品、測試及應(yīng)用的多項研究計劃，就高效節(jié)能、全光譜、白光的普通照明，制定了《美國固態(tài)照明研究與發(fā)展工業(yè)路線圖》。通過DOE Gateway Program，組織測試商業(yè)和居住的通用照明LED產(chǎn)品，收集半導體照明產(chǎn)品性價比的實踐經(jīng)驗和數(shù)據(jù)。鑒于LED照明遇到的諸多問題，半導體照明在國外的研究與應(yīng)用基本屬于研究、研發(fā)、試點應(yīng)用與總結(jié)提高的一種發(fā)展格局。

中國半導體照明的發(fā)展一直是處于爭議之中。前期行業(yè)大干快上的躍進式發(fā)展給LED蒙上了一層陰影，這與中國整體社會與經(jīng)濟發(fā)展重應(yīng)用與市場、輕基礎(chǔ)研究和研發(fā)的大環(huán)境有關(guān)。但隨著近些年國家在研究經(jīng)費的加大投入，通過各類研究課題，就共性應(yīng)用技術(shù)難題，聯(lián)合攻關(guān)，對中國半導體產(chǎn)業(yè)的推動有目共睹。輿論普遍認為2011年是半導體照明的分水嶺，是一個具有史詩般的年份，看來全球照明行業(yè)從此全面步入LED時代已成必然。

1 半導體照明與思維定勢突破

德國法蘭克福照明展 (Light+Building)、美國照明展 (Lightfair International)和廣州照明展(Guangzhou International Lighting Exhibition)是當今世界上最有影響力的照明展會。但展會之間的差異可略見一斑。其中法蘭克福照明展，反映創(chuàng)新思維的照明產(chǎn)品是每屆吸引人們趨之若鶩的最大誘因。2011廣州國際照明展在參展數(shù)量和展覽面積上超越了法蘭克福照明展，成為世界最大照明展，同時也是亞洲LED最大照明展。但參加廣州照明展的中國企業(yè)產(chǎn)品重復(fù)雷同、企業(yè)缺乏個性化標志性產(chǎn)品、差異性不足、技術(shù)創(chuàng)新路線缺失，這是困擾中國燈具行業(yè)多年、至今仍然沒有解決的老問題。我們也許可以認真地思考一個問題:如果不去考慮傳統(tǒng)光源，重新設(shè)計LED照明光源產(chǎn)品，還會是Retrofit產(chǎn)品的樣子嗎?殊不知這樣做在起點上就存在這巨大的缺陷:無論如何，這樣一種形態(tài)，注定會把光學和熱學的設(shè)計引入一個死胡同——因為我們想做成傳統(tǒng)燈泡的樣子。盡管目前來講，替代產(chǎn)品具有很大的潛在市場，但這僅僅是一個過渡產(chǎn)品。未來企業(yè)研發(fā)和市場化產(chǎn)品，如果只是停留在Retrofit上，對LED來講是遠遠不夠的。因此我們必須改變!

半導體照明行業(yè)的發(fā)展與歷經(jīng)一百年有余的傳統(tǒng)照明所走的路線太不一樣，從產(chǎn)品到LED整體解決方案到體驗式、情景化的互動方式，隨著其他技術(shù)如網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用，具有更加靈活多變，使得關(guān)注人的因素設(shè)計成為產(chǎn)品研發(fā)的亮點。中國企業(yè)必須扭轉(zhuǎn)和改變低技術(shù)、低價格、低設(shè)計的非理性思路，要從單純依靠應(yīng)用市場規(guī)模轉(zhuǎn)向技術(shù)研發(fā)來占領(lǐng)未來市場。不妨看看有性格的“Apple”路線吧。Apple通過 Mac、iPad、iPhone一次又一次地顛覆了人們早已習慣了的IT產(chǎn)品。喬布斯不可復(fù)制，但我們可以追隨他學習如何創(chuàng)新。

高光效、超長壽命、良好的顯色性均與半導體產(chǎn)業(yè)的上游技術(shù)直接相關(guān)。隨著產(chǎn)業(yè)鏈上不斷發(fā)展的襯底材料、制備技術(shù)、封裝技術(shù)、散熱及電路設(shè)計，讓LED照明產(chǎn)品在光學設(shè)計和照明方案上的確變得與傳統(tǒng)照明很不一樣。其實目前市場份額較大的高可靠性、低成本、壽命合理的經(jīng)濟適用性LED照明產(chǎn)品，更加需要在芯片、電源驅(qū)動、封裝、散熱等研發(fā)工作方面，獲得突破性進展。不論是第幾代光源，只要用于普通照明，任何對光源和燈具的要求從未改變，如色溫愛好、顯色性、照度水平、光照分布等等。但是由于半導體照明產(chǎn)品的光電及色品特性的特殊性，帶給我們更多應(yīng)用上的挑戰(zhàn):如LED光色一致性、顯色性評價、可調(diào)色溫、彩色光健康與安全等，這是我們需要開展深入研究的重要課題。

中國企業(yè)長期以來創(chuàng)新不足，在行業(yè)全面步入半導體照明的今天，問題變得更加尖銳:(1)照明產(chǎn)品 (燈具)缺乏創(chuàng)新;(2)技術(shù)低下制約了燈具設(shè)計;(3)LED器件特性發(fā)揮不足;(4)與其他技術(shù)的集成水平較弱; (5)光學設(shè)計仍在走老路;(6)與建筑設(shè)計領(lǐng)域的結(jié)合不足 (建筑化、異型空間);(7)缺乏視覺功效等相關(guān)實驗的支撐; (8)LED與顏色科學的實驗研究基礎(chǔ)不夠;(9)對新材料的嘗試和探索較少; (10)整燈缺乏優(yōu)化設(shè)計過程。造成以上問題的根本原因在于創(chuàng)新思維和顛覆性設(shè)計理念薄弱，這與中國整體缺乏創(chuàng)新機制直接相關(guān)。因此處于慣性，要改變我們固有的思維非常難。但這是唯一的突破口，也是企業(yè)生存和提高核心競爭力的出路。除了上游半導體行業(yè)與下游照明行業(yè)之間的融合不夠，不愿為燈具工業(yè)設(shè)計買單和對知識產(chǎn)權(quán)的法律觀念淡薄，也是導致企業(yè)進步的巨大障礙。加之長期以來企業(yè)研發(fā)隊伍專業(yè)構(gòu)成不健全，資金投入不足，最終造成中國照明企業(yè)難以出現(xiàn)行業(yè)領(lǐng)袖，“創(chuàng)新、集成、追求卓越”往往最后只能成為企業(yè)宣傳的口號或標語。

今天的LED照明，跨越了顏色科學、光學、能效設(shè)計、調(diào)光技術(shù)、模組產(chǎn)品、數(shù)字控制技術(shù)等多個學科領(lǐng)域。既有不斷更新的學術(shù)前沿問題，又有關(guān)注人居環(huán)境和市場這一復(fù)雜、環(huán)環(huán)相連、內(nèi)在邏輯相關(guān)的綜合問題。實現(xiàn)思維的跨越，盡管很難，但我們必須改變。我們必須重新思考模式與路線問題。

2 半導體照明與光健康

光除了對人體產(chǎn)生視覺功效之外，還具有非常重要的非視覺生物功效。從光照對人體晝夜節(jié)律的影響，探討人工照明如何促進人類身心健康在今天具有一定研究價值。人類晝夜系統(tǒng)只是過去二十多年才成為世界廣泛研究的課題，國內(nèi)外學者開展照明對人體晝夜節(jié)律影響的研究也不過是近十年的事情。我們需要針對我國被試者研究怎樣的光譜分布、多少光照才能對晝夜節(jié)律產(chǎn)生作用?在此基礎(chǔ)上嘗試通過改善照明環(huán)境實施對人體晝夜節(jié)律的干預(yù)，創(chuàng)造有利于人體身心健康和提高作業(yè)效能的生活和工作環(huán)境。見圖1。

生物鐘混亂或晝夜節(jié)律破壞必將給人體健康帶來嚴重的后果。光療法 (Light therapy)在提高睡眠質(zhì)量、治療抑郁和季節(jié)性情感障礙 (SAD)、改善老年性癡呆的生活環(huán)境等方面，醫(yī)學臨床療效甚佳。如何在人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ鞯沫h(huán)境中，考慮光照對人體晝夜節(jié)律的影響和擴展照明光療作用，是我們面對的挑戰(zhàn)。見圖2。

LED不同于傳統(tǒng)光源與燈具，易于構(gòu)成特定光譜分布、便于實現(xiàn)智能控制，對于提升人工照明環(huán)境改善人體晝夜節(jié)律的功效方面，具有無可比擬的優(yōu)勢。目前需要分析和研究影響人體晝夜節(jié)律的光譜特性和光照水平閾值。良好照明不僅需要滿足人們的視覺作業(yè)要求，還應(yīng)對人類健康、幸福感、警覺和睡眠質(zhì)量產(chǎn)生積極的作用。因此，以晝夜節(jié)律光生物學理論為基礎(chǔ)，通過光照水平和光譜能量分布 (SPD)對人體褪黑激素抑制作用影響的研究，有助于加強人們深刻理解光照與人體晝夜節(jié)律的相互作用關(guān)系，為創(chuàng)造有利于人體身心健康和提高作業(yè)效能的光照環(huán)境，提供堅實的實驗和理論支持。對未來家居照明、辦公室照明、學校照明和醫(yī)院照明，以及戶外照明等，將起到重要的設(shè)計指導作用。另外對半導體進入通用照明的白光LED發(fā)射光譜設(shè)計和燈具系統(tǒng)設(shè)計，提供科學依據(jù)。今后的照明質(zhì)量評價標準也會從以視覺為主導的體系轉(zhuǎn)變到滿足人類健康照明需求，當然這需要在更多的研究工作基礎(chǔ)上得到發(fā)展。見圖3。

圖1 “視覺系統(tǒng)”與“晝夜節(jié)律系統(tǒng)”將共同主導標準的制定

圖2 照明的非視覺作用影響著人的日常生活

圖3 非視覺生物效應(yīng)敏感度曲線與視覺敏感度曲線的對比

3 超越照明

正是LED無限潛在的可能性，其應(yīng)用不應(yīng)受傳統(tǒng)制約和束縛，是人類勇于探索和嘗試新的做法，我們才能感受到半導體領(lǐng)域正在孕育一場前所未有的、超越照明的創(chuàng)新革命。

超越照明!創(chuàng)新思維總會引發(fā)未來的偉大變革。LED取代傳統(tǒng)光源白熾燈用于照明之外，將在生命科學、康復(fù)醫(yī)學、植物生長、短途通訊領(lǐng)域中得到全面應(yīng)用。通過半導體在未來人居環(huán)境中的應(yīng)用，將改變和顛覆人類生活的常規(guī)起居和工作環(huán)境，規(guī)避自然災(zāi)害和保證食品安全，人類生活將迎來健康照明、智能照明、情景照明、信號傳輸?shù)男录o元。一個更加綜合、領(lǐng)域交叉、應(yīng)用無限擴展的未來世界將出現(xiàn)在人居環(huán)境中。讓我們對未來LED超越照明的應(yīng)用模式做一展望。

(1)基于光健康與非視覺生物效應(yīng)理論，考慮自然光和人工光的特征，研究適應(yīng)人居環(huán)境的光干預(yù)方式和利于調(diào)節(jié)人體生物節(jié)律的理想LED的光譜能量分布特征，并據(jù)此研發(fā)和試制出高效型、節(jié)能型、健康型的半導體燈具產(chǎn)品。

(2)通過開展研究LED對人體刺激、調(diào)節(jié)和活化作用的光學治療方法，利用LED特定窄光譜的照射 (405～420nm的藍光對粉刺治療，600～950nm的紅光和紅外線可以治療酒糟鼻和皺紋;532～595nm的綠至黃光，對老年人臉部皮膚紅和血管改善;紅光刺激皮膚中的線粒體，促進新的細胞再生。)，可以改善皮膚條件。特定光譜照射對腦損傷、傷口愈合、曬傷等，可以加速新的膠原產(chǎn)生，加快康復(fù)。利用LED在健康美容的光療技術(shù)，把健康照明引入人居環(huán)境。

(3)通過特定的LED光譜能量分布及光照模式，設(shè)施植物生長不受天氣及災(zāi)害影響，具有戰(zhàn)略意義。研究LED光照的光合作用以及對產(chǎn)量與品質(zhì)的影響效應(yīng)，獲取LED光譜能量分布與光輸出控制參數(shù);研發(fā)用于設(shè)施植物生長的均勻平面光源和大功率多芯組合封裝光源;研制溫室植物生長專用LED照明及其控制系統(tǒng)，開發(fā)智能化LED光源植物生長柜。研究結(jié)果必將對住宅和辦公室植栽園藝帶來新的思路，根本解決日光不足的問題，使得在特殊地方利用人工光來干預(yù)植物生長成為可能。

(4)基于LED照明的室內(nèi)、室外短途通訊技術(shù)及系統(tǒng)是未來LED在人居環(huán)境中應(yīng)用的一個獨特方向。研究大功率LED器件高速調(diào)制/解調(diào)技術(shù)、均衡技術(shù)，利用照明用大功率LED，在照明的同時實現(xiàn)室內(nèi)、室外的短距離光學無線通信;研究可見光通信防頻閃技術(shù)，保證在數(shù)據(jù)發(fā)送時LED不會產(chǎn)生肉眼可察覺的閃爍，避免通信時燈光對人眼產(chǎn)生的不適感。

4 半導體照明創(chuàng)新發(fā)展的技術(shù)路線

半導體照明與傳統(tǒng)照明相比，具有數(shù)字化、易于集成、健康理念、應(yīng)用領(lǐng)域廣等特征，這決定了半導體照明的創(chuàng)新發(fā)展應(yīng)該具有更加廣闊的空間，應(yīng)避免再走傳統(tǒng)照明的老路。因此，半導體照明未來發(fā)展也將充分考慮其自身特征，從創(chuàng)新設(shè)計理念的提出，到技術(shù)研發(fā)的突破，以及創(chuàng)新集成設(shè)計與應(yīng)用的拓展，形成半導體照明創(chuàng)新發(fā)展的獨特技術(shù)路線。

4.1 凸顯LED特征

世界三大工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計獎:Red dot獎、iF獎以及IDEA獎，其產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計已成為設(shè)計界的風向標，諸多照明新產(chǎn)品、新技術(shù)引領(lǐng)著燈具創(chuàng)新發(fā)展的新思路。從總體上看，國內(nèi)與國外在半導體照明產(chǎn)品的產(chǎn)品形象、創(chuàng)新設(shè)計以及技術(shù)研發(fā)等方面的差距較為明顯。國際知名燈具品牌企業(yè)不僅把握著傳統(tǒng)照明領(lǐng)域的技術(shù)與設(shè)計優(yōu)勢，更在半導體照明方面拔得頭籌，在品牌策略、產(chǎn)品工業(yè)設(shè)計、設(shè)計創(chuàng)新、照明新技術(shù)等方面處于較為領(lǐng)先的地位，并且也掌握著大量的核心專利，其不竭的創(chuàng)新動力及合理的產(chǎn)業(yè)布局為它們的發(fā)展創(chuàng)造了有序發(fā)展的空間。

我國傳統(tǒng)照明企業(yè)也已開始在LED照明上加大投入，實施戰(zhàn)略布局。但發(fā)展尚處于起步階段，其產(chǎn)品線多停留在滿足一般功能需求的層面。在產(chǎn)品的設(shè)計與創(chuàng)新、燈具的光學系統(tǒng)設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)方面的研發(fā)缺乏意識和動力，而且品牌意識淡薄，產(chǎn)品較為單一。因此國內(nèi)企業(yè)必須對于半導體照明燈具有利于LED器件特性發(fā)揮的設(shè)計思路上梳理清晰，才有可能問鼎世界一流企業(yè)和創(chuàng)造知名品牌。

4.1.1 數(shù)字信息化

由于半導體既可為照明光源，又可成為數(shù)字信息的載體。設(shè)計中通過控制模塊與信息通信手段的結(jié)合，如與iphone、ipad、Android手機等數(shù)碼產(chǎn)品的結(jié)合，或與Twitter、Facebook、微博等網(wǎng)絡(luò)平臺的結(jié)合，將是一個全新的半導體照明智能應(yīng)用理念。

4.1.2 集成設(shè)計

由于LED的體積小等特征，使得在建筑照明中，將LED產(chǎn)品與建筑空間、建筑構(gòu)件、家具等的集成設(shè)計成為可能，更加凸顯照明設(shè)計的整體性和建筑空間的純粹性。集成化的設(shè)計減小了室內(nèi)照明產(chǎn)品所占的物理空間和視覺空間，為設(shè)計提供了更多的可能。

4.1.3 健康型光照

由于半導體光源的光譜能量分布 (SPD)可以配置，因此生產(chǎn)具有特定波長LED的照明產(chǎn)品成了可能。根據(jù)人體在不同狀態(tài)下對光譜 (如紅光、藍光等的不同含量)的刺激反應(yīng)不同，可實現(xiàn)有助于健康的光環(huán)境。

4.1.4 多領(lǐng)域創(chuàng)新應(yīng)用

半導體照明有別于傳統(tǒng)照明，其照明產(chǎn)品不僅在照明領(lǐng)域內(nèi)有多種創(chuàng)新應(yīng)用可能，還在其他多個領(lǐng)域內(nèi)獲得創(chuàng)新性應(yīng)用，如醫(yī)學領(lǐng)域的康復(fù)光療、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的防蟲害與農(nóng)產(chǎn)品增收、光學無線通信和光網(wǎng)絡(luò)等。

4.2 研發(fā)重點技術(shù)突破方向

對于一套完整的半導體燈具，其技術(shù)的研發(fā)涉及到組成燈具的每一部分，主要包括芯片選擇、散熱技術(shù)、控光技術(shù)、外觀設(shè)計、照明控制、驅(qū)動電路、應(yīng)用系統(tǒng)等方面。在產(chǎn)品的創(chuàng)新研發(fā)階段，控光技術(shù)、材料技術(shù)、照明控制技術(shù)等方面以及照明應(yīng)用的視覺功效問題，都是當前我國很多企業(yè)不太重視的內(nèi)容，也應(yīng)該是我國未來半導體照明產(chǎn)品研發(fā)的重點技術(shù)突破方向。

4.2.1 控光技術(shù)

控光技術(shù)好壞決定著燈具的眩光控制、出光效率、控光角度、光線的空間分布、光照均勻度等光照品質(zhì)。用于半導體照明產(chǎn)品中的控光技術(shù)主要有透鏡、小反射器、導光、二次反射、棱鏡、光柵等。如Erco公司的最新控光技術(shù)為三組透鏡組合控光，從芯片封裝的一次透鏡出光，經(jīng)過二次透鏡后變成平行光，最后再經(jīng)過Spherolit Lens透鏡將光按照需要進行分布。另外，Kim Lighting公司最新研發(fā)的MicroEmitter小反射器技術(shù)、Zumtobel Aero II的Micro Prismatic Structure(MPO+)棱鏡技術(shù)等都為LED燈具的創(chuàng)新設(shè)計提供了技術(shù)支撐。他們均擁有自己核心的控光技術(shù)。

4.2.2 材料技術(shù)

半導體照明產(chǎn)品的材料技術(shù)突破主要涉及三個方面:其一是上述的控光技術(shù)中可用于改善光輸出的材料;其二是提供全新外觀感受的材料;另外就是用于改善LED燈具散熱的材料技術(shù)。

在改善光輸出方面，可以通過改善材料的物理結(jié)構(gòu)或者是加入納米材料以改善其分子排布結(jié)構(gòu)。如透鏡和棱鏡，多是通過改善材料的物理結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)的。而美國Luminit公司的Light Shaping Diffusers(光學擴散膜)則是利用鐳射印刷技術(shù)對材料表面進行處理，德國拜爾的光擴散材料采用了納米技術(shù)。在改善外觀感受的材料方面，可通過兩種途徑來實現(xiàn)。其一是針對傳統(tǒng)材料的新加工工藝，以改變其呈現(xiàn)出的全新外觀特征;另一個途徑則是利用具有特殊光學特性的材料，如德國 Degussa的彩虹板(Radiant sheets)和雙變色板 (Dual Color sheets)、二色性鍍膜材料、德國Schott公司的Mirona玻璃和LED玻璃以及3M公司的膜材料等等。

在改善LED燈具散熱的材料技術(shù)方面，主要采用導熱系數(shù)高的材料，并結(jié)合多種材料及其結(jié)構(gòu)設(shè)計的復(fù)合解決方案，特別是在功能性很強的燈具產(chǎn)品中尤為重要。如Switch Lighting在其白熾燈替代產(chǎn)品中采用的“A Self-cooling Environment”的自我冷卻系統(tǒng)，設(shè)計中采用惰性液體與金屬條結(jié)構(gòu)相結(jié)合。

4.2.3 照明控制技術(shù)

由于半導體照明產(chǎn)品具有數(shù)字信息化的特點，其照明控制將突破傳統(tǒng)照明的控制方式，給我們帶來巨大的創(chuàng)新體驗。當前照明控制方面主要有LonWorks總線技術(shù)、DALI系統(tǒng)、Dynet協(xié)議、C-Bus照明管理系統(tǒng)等控制系統(tǒng)，或與無線通訊技術(shù)的ZigBee和GPRS等的結(jié)合將是一種創(chuàng)新方式?；谶@些協(xié)議，各大燈具公司也積極研發(fā)符合其品牌理念的人性化照明控制系統(tǒng)和燈具的調(diào)光模塊，如Erco的Lighting Studio系統(tǒng)、Zumtobel的Dimlite系統(tǒng)與ZBOX系統(tǒng)、Philips推出的ActiLume、Peerless的Simply5，另外還有Hydrel、Lutron等公司的控制技術(shù)。

再者，自我學習功能 (Self Learning)是一個新的發(fā)展方向，即利用傳感器對外部環(huán)境光強、光色進行感知，通過智能芯片自動調(diào)節(jié)燈具的亮度及光色，以達到節(jié)能、改變光照場景和防止燈具過熱等效果。如 IGUZZINI的 LED Temperaturecontrol system利用智能芯片組可以即時監(jiān)測LED在各種極端環(huán)境下的工作溫度。

4.2.4 視覺功效

視覺功效是光照環(huán)境中對于人的因素考慮，完成視覺作業(yè)不僅需要充足的光線，如功能照明提供的照度水平，還需滿足人體的心理和生理需求，如光色愛好、生命節(jié)律等。除此之外，視覺舒適如有效的眩光控制都是提供良好照明的要因。這些要求在使用傳統(tǒng)光源時代，就是非常重要的，只要是用于照明，不論是什么光源，采用什么照明方式，都應(yīng)該以滿足人體視覺功效為前提。LED用于普通照明毫無疑問也不能忽視以上問題。LED燈具與傳統(tǒng)燈具的巨大差異 (多光源、色溫可變、彩色光、發(fā)光點超小)，還必須解決彩色光、色溫變化、場景切換與自然光照明和生物性等多重考慮。為此開展人居光環(huán)境的主觀評價、心理實驗、照明質(zhì)量研究是視覺功效的主要內(nèi)容，特別是開展中國人的視覺特性研究。運用中間視覺理論開展LED光譜功率分布 (Spectrum Power Distribution，SPD)研究，搞清楚究竟哪種波段對視覺功效或人體健康產(chǎn)生影響，是半導體照明的特別之處。

5 結(jié)語

明天的LED照明，不僅會給照明領(lǐng)域帶來翻天覆地的革新，更將超越照明，走入醫(yī)學、農(nóng)業(yè)、通訊等多學科領(lǐng)域。由于近幾年LED照明產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，使得傳統(tǒng)的照明標準、規(guī)范以及照明應(yīng)用的發(fā)展思路都遇到了前所未有的挑戰(zhàn)，也帶來了LED照明的諸多熱點問題。新的LED照明國際技術(shù)標準和規(guī)范亟待制定，以解決應(yīng)用中存在的新產(chǎn)品與舊標準的問題。另外，由于LED光源的發(fā)光特點，傳統(tǒng)CRI的光源顏色質(zhì)量評價體系無法準確地進行評價，也促進了針對LED光源的顏色質(zhì)量評價體系的深入研究。最近的國際照明委員會 (CIE)大會雖然推薦了兩個評價體系，但相關(guān)的研究還將繼續(xù)深入。中間視覺問題長期以來都是照明領(lǐng)域的熱點話題，LED光源的發(fā)展更是促進了中間視覺的相關(guān)理論和應(yīng)用的研究。雖然2010年CIE技術(shù)文件推薦了中間視覺的光度學系統(tǒng)，但更多涉及到中間視覺領(lǐng)域的應(yīng)用問題還亟待解決。我們最近的研究也正是針對中間視覺條件下的應(yīng)用問題展開，試圖探討城市步行道照明中LED光源的光譜能量分布 (SPD)對行人視覺辨認的影響。光的非視覺生物效應(yīng)和光健康的問題，在LED出現(xiàn)后獲得了更多的目光，亞健康人群的增多、老齡化趨勢嚴重以及特定人群的需求，使得LED進入人們的生活更加迫切，充分發(fā)揮LED在調(diào)節(jié)人體晝夜節(jié)律等方面的優(yōu)勢，如我們最近研究了極地極端氣候條件下LED光譜及人工光干預(yù)對人體生命節(jié)律的影響等。這些熱點的產(chǎn)生是由于半導體做為新一代光源特性所引起的，它們已經(jīng)成為了熱點中的熱點，也必將是引領(lǐng)著未來LED照明的發(fā)展方向。

［1］MS Rea， MG FigueiroandJD Bullough. Circadian photobiology:an emerging framework for lighting practice and research.Lighting Research and Technology.2002，34:177～190.

［2］同濟大學國家高技術(shù)發(fā)展計劃項目.2010上海世博會城市最佳實踐區(qū)半導體照明技術(shù)的集成應(yīng)用研究成果報告，2010年3月.

［3］同濟大學國家自然科學基金.人行道路中白光LED光譜能量分布 (SPD)對視覺辨認的影響研究申請報告，2009年2月.

［4］同濟大學國家自然科學基金.基于室內(nèi)健康照明需求的照度與光譜對人體晝夜節(jié)律影響研究申請報告，2011年2月.

［5］同濟大學，復(fù)旦大學，中國科學院半導體研究所，南京農(nóng)業(yè)大學，中國農(nóng)業(yè)科學院，哈爾濱海格科技公司.國家高技術(shù)發(fā)展計劃項目LED非視覺照明技術(shù)研究申請報告，2010年12月.

［6］美國能源部官方網(wǎng)站:http://www.energy.gov.

［7］LEDs Magzine，2011.www.ledsmagazine.com.