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道路照明节能光源研究——研制低色温的LED光源
发布时间：2014-09-24 浏览：2688次 发布：中国照明灯具网
1 前言
LED光源和LED背光源及彩色显示器同属于光源色，蓝光是波长为400~500nm的高能量可见光。世卫组织WHO爱眼协会公布：因蓝光及辐射每年导致全球超过30000人失明，据中华医学会眼科学分会数据显示：在中国4.2亿网民中，63.5%的网民因蓝光、辐射有视力下降、白内障、失明等不同程度的眼疾。
蓝光对人体危害较其它波长的光线更为严重，短波蓝光具有极高能量，能够穿透晶状体直达视网膜，对视网膜造成光损伤，直接或间接导致黄斑区细胞的损害，蓝光会使眼睛内的黄斑区毒素量增高严重威胁我们的眼底健康。婴幼儿的眼睛最容易受到蓝光伤害.因为婴儿的晶状体相对比较清澈,难以过滤蓝光，0~2岁,大约70%~80%的蓝光可以穿透晶状体到达视网膜；2~10岁,大约60%~70%的蓝光会照射到视网膜。
黄斑变性的病理机制主要为黄斑区结构的衰老性改变，表现为视网膜色素上皮细胞对视细胞外界盘膜吞噬消化功能下降，导致黄斑变性发生。黄斑变性与黄斑区长期受到光损伤，造成脉络膜血管硬化，视网膜色素上皮细胞老化。黄斑变性是50岁以上人群失明的主要原因，在美国黄斑变性导致的失明比青光眼、白内障和糖尿性视网膜病变三种常见病致盲人数总和还要多。
LED光源发射的白光主要是靠450～455NM波长的蓝光激发荧光粉，其中波长越低击发能力越强，属于辐射伤害最强的区段。如果波长变大，激发荧光粉的能力就随之下降，发光效率就会降低。有些生产厂家为了追求高亮度，会加强LED光源的蓝光强度，人眼如果长期看这样的光源，眼睛会受到蓝光伤害。蓝光射入眼底经过聚焦后，焦点没有落在视网膜上，而是落在视网膜与晶状体之间。这就增大了光线在眼内聚焦的色差距离。而眼内焦点之间的距离是形成视物模糊的主要原因，所以蓝光的射入会加剧色差和视觉模糊度，到时眼部肌肉过度紧张，眼部供血过度紧张，眼部血液供应加强，从而加重疲劳。
LED光源工作时间越长，光源中的荧光粉衰减越快，结果就会导致蓝光波段的光照越来越强烈，对人眼造成越来越大的伤害力，这使我们不能不重视LED蓝光的危害，并要积极寻找防治LED蓝光危害的途径。
颜色分为光源色、反射色和透射色。反射色和透射色又合称为物体色。LED光源LED显示屏与LED背光源、CRT阴极射线管等显示屏同属于光源色，因而有相同的特性。本文以彩色显示器光源色为例，用大量的实验数据说明高色温的光源和背光源不仅存在着视觉疲劳而且图像效果也劣于低色温，因此应积极推广低色温的光源和背光源。向低色温的LED光源和背光源进军，这是防治LED蓝光危害的重要途径之一。
2 白场色度值在低色温附近群体的彩色显示器图像效果优于高色温附近群体的彩色显示器
向低色温的LED光源和背光源进军，不仅是防治LED蓝光危害的重要途径之一，还可以获得良好的图像效果。这可以从相关的科研成果中受到启迪。
2.1 沿普朗克轨迹不同色度坐标的调整用1980A彩色亮度计测试这些彩色显示器白场色度坐标，数据详见表1.
2.2 沿等温线方向不同色度坐标的调整
在确定色温及相关色温概念的描述中，存在着这样一个需要解决的问题，贾德（D.B.Judd），凯来（K.L.Kelly）曾做过一组正交于普朗克轨道的垂线，通称为等温线，在等温线上的各点都可用这条线与普朗克轨道交点的黑体温度，来表示色温或相关色温；但是对于这条等温线上的颜色不一致性，却没有给予明确的说明。目前，在光源色及其它领域中，有时只偏重注意到色温的数值，而没有着重注意到色品位置偏离普朗克轨迹的距离。
我们在确定理想色度值的同时，对白场色度坐标偏离普朗克轨道的距离进行了分析。主观评价结果表明，等色温线上各点并不等色，等色温线不能任意延伸。
2.3 主观评价方法实验条件
（1）实验人员：年龄20～70岁，视力及色觉均正常。
文化程度初中～大学。被试人虽因自己的生活经历与情趣各不相同，实际上有着不同的记忆色与愿望色，有时又掌握着不同的评分标准。因此我们选择的被试人员有多方面的代表性。
（2）实验条件：实验前将彩色显示器预热一小时，将各亮度、对比度、饱和度等调为一致。
（3）实验方法：根据人们的记忆色与愿望色对荧光屏上的再现色做出判断。用优、良、中、差、劣五级分制作出主观评价的分类记载，优为5分。
（4）实验图像：包括各主要类型肤色、树木、风光、秋实硕果、大海之滨、楼台馆舍、蓝天白云、红旗、人物服饰等十四种图像。
2.4 主观评价实验结果处理
（1）按五级分制，实验人员分别评出12种白场色度值荧光屏上14种实验图像的主观评价分数。
（2）对所有实验人员评出的分数按图像分类，分别计算出14种图像各自的平均分。按白场色度值分类，分别计算出12种白场色度值彩色显示器对14种图像的总平均分。
以上数据具体内容见表2所示。
2.5 主观评价实验结果分析
（1）白场色品坐标落在普朗克轨迹附近的彩色显示器，对绝大部分图像的彩色复现优于色品坐标偏离普朗克轨迹的彩色显示器，即偏离普朗克轨迹MPCD数据大的彩色显示器。
（2）白场色度值在低色温附近群体的彩色显示器图像效果优于高色温附近群体的彩色显示器。虽然，高色温的彩色显示器，初看时较为明亮，但很快就出现明显的视疲劳。而白场色度值在低色温附近群体的彩色显示器图像看起来柔和舒适，视疲劳小，彩色复现主观评价的评分较高。使用了稀土类化合物Y2O3:Eu和Y2O2S:Eu作为红荧光体，光效率有了提高，使得彩色显示器低色温基准白得以实现。
虽然，彩色显示器的低色温与的高色温代表值与LED光源低色温与的高色温代表值并不相同，但有同样的趋向。
3 低照度下舒适的光色是偏黄的暖白色
低照度下偏黄色或偏黄的暖白色将激发起人类的喜庆感、华丽感、舒适的温暖感。
在高照度下，舒适的光色是偏兰的白色，使人联想到日光，但在低照度，舒适的光色是接近偏黄色的火焰光，这是符合人类的生理特点。研究结果表明，照度水平与光色的舒适感有关，在很低照度下，舒适的光色接近火焰（篝火、蜡烛、油灯）的光色，使人感到平和轻松。而高色温的光在低照度下使人阴沉、昏暗；在偏低或中等照度下舒适的光色是接近黎明和黄昏的光色；只有在高照度下舒适的光色才是接近中午阳光的光色。因此，低照度下应使用低色温的光源，在高照度下应使用高色温的光源。夜景照明属于低照度，因此我多次建议夜景照明主色调应采用偏黄的暖色调，以提高景观照明的舒适感和美誉力。
为制造低色温的LED光源，在光谱中不足的红光成分，可采用追加荧光体的方法来补充。除了黄光荧光体外，还要增加红光荧光体。在蓝光LED周围，使绿光荧光体及黄光荧光体相组合，进一步再与红光荧光体相组合，使用这种组合荧光体就有可能制作出红光成分多，显色性优良的白光LED照明及白灯泡色LED照明。由改变多种荧光体的配比在制造LED光源过程中，对合成的光谱形状进行调整达到所需的色温和色度坐标及显色性。使用了稀土类化合物Y2O3:Eu和Y2O2S:Eu作为红荧光体，光效率有了提高，使得彩色显示器低色温基准白得以实现。同样，为制造低色温的LED光源，不断研制优良的红光荧光体是解决LED蓝光危害的关键。
4 结束语
综上所述，向低色温的LED光源和背光源进军，不仅可以防治LED蓝光危害，还可以获得良好的图像效果激发起人类的喜庆感、华丽感、舒适的温暖感。
研究绿光荧光体黄光荧光体及红光荧光体的最佳组合，是实现低色温的LED光源，防治LED蓝光危害的一个重要途径；适用于光源及灯具发光特性的1980彩色亮度计测量色度值，为实现上述途经创造了条件，使该项工作不仅具有科学上的优越性和先进性，也具有技术上的合理性和可行性。
责任编辑:ZY 来源:照明中国网
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