LED灯因使用寿命长、节能、经济指标较高,受到市民喜爱,近5年发展快速。目前市民购买LED灯时,往往考虑的是美观、轻便和漏电安全等因素,但却忽视了另一种安全———“光生物安全”。
所谓的光生物安全,即光源的照射对生物有没有产生影响。那我们如何了解LED的光生物安全呢?首先我们要先了解什么是LED。
LED是英文lightemittingdiode(发光二极管)的缩写,它是一种能够将电能直接转化为可见光的固态的半导体器件。由于LED可以直接把电转化为光而不再需要像传统照明灯那样先引发热效应,再发光,因而它被称为第四代照明光源或绿色光。LED具有节能、环保、寿命长、体积小等特点,可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域,由于具备这些优点,LED照明正在成为步入高速发展期的新兴产业。
发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片,在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层,称为p-n结。在某些半导体材料的PN结中,注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来,从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压,少数载流子难以注入,故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管,通称LED。?当它处于正向工作状态时(即两端加上正向电压),电流从LED阳极流向阴极时,半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线,光的强弱与电流有关。
既然LED是发光二极管,那采用发光二极管的灯具比传统的led灯具有什么不同呢?他的优点又在哪里呢?对我们的光生物安全又有什么影响呢?
目前传统路灯使用最多的是高压钠灯,下面就我们的LED路灯与高压钠灯(传统路灯)在主要性能方面(传统路灯以功率为250W的高压钠灯为准,LED路灯以功率为50W为准进行对比)作比较:
1、在均匀度方面:传统路灯均匀度低,垂直照度虽可达道路照明标准,但边缘照度远远低于垂直照度,均匀度差,不能达到道路照明标准,相比而言,由于LED发光方向可控制,均匀度高,垂直照度和边缘照度均达到道路照明标准。
传统灯具只能达到“亮”的层次,谈不上照明“质”的层次,因为它们主要借助球形发光,光的方向不可控,在路面形成圆形光圈(光斑),产生局部阴影,照明效果不佳,对行人和车辆驾驶人员在视觉方面造成影响,所以容易产生交通事故。而LED路灯除了在显色性和均匀度方面提高了照明效果,还由于LED发光方向具有可控性(发光角度可锁定),通过二次配光设计,在照明道路上形成一条完整的光带,没有阴影,不会对行人和车辆驾驶人员在视觉方面造成影响,具有良好的道路照明效果,大大提高了道路安全性。
环保方面:高压钠灯含汞剂,存在眩光、紫外辐射和闪频等,是污染光源;LED路灯光源是LED,为绿色光源。
2、节能方面:LED光源色温4500-6500K,显色指数80以上,颜色更接近于自然光,与高压钠灯相比,人眼感到同样亮度时所需的光强就低许多,因此,在道
3、显色性好:高压钠灯发光颜色为黄色,色温及显像指数都比较低。太阳光显色指数为100,而高压钠灯的显色指数仅为20左右(黄光),所以我们在钠灯下面看什么东西都是黄色的。LED路灯的色温可以在4000-7000K之间灵活选择,显色指数最可达80以上,发光颜色更接近于自然光。
光效利用率高:高压钠灯的灯泡结构决定了灯具的光源利用率低,仅有40%左右,发光角度为360°;大部分必须通过反射器反射后才能照射到指定区域。LED光源利用率高,约为90%,LED发光角度同灯具的发光角度可保持一致,LED路灯的光可以直接照射到指定区域,光源利用率高。
4、启动时间:高压钠灯灯泡启动时间长,再次启动时需要有一定的时间间隔。高压钠灯在通电5~10分钟左右的时间,才能达到正常的亮度,再次启动的时间间隔一般要大于5分钟。LED路灯将不存在启动延时问题,可随时接通,随时工作,能够非常方便地实现智能化节能控制。
5、有效减少眩光:目前的路灯光线呈180度散射,恒颖超大功率LED路灯通过独特的二次光学设计,使得路灯的光线投射到路面形成一块矩形光斑,几乎没有散射的眩光,对周围不造成光污染。且光场区亮度分布均匀,光线柔和,有效减少驾驶员眼睛疲劳,使驾驶更安全。
无频闪:大功率LED路灯采用直流供电,独有的恒流装置,使大功率LED路灯发光恒定,彻底无闪烁。
6、安全:LED照明是一种固态照明,可以有效防震、防爆,对于类似震动比较
7、大的高速公路和对安全性要求更高的隧道等尤其适用。优良的散热性能:低热阻的结构设计与良好的散热设计,保证了LEDPN结结温不会超过75℃,从而保证了LED的发光效率及工作寿命;
综合以上所讲,LED灯具无论从经济、环境、健康对于我们来说都是有极大的好处,那为什光生物安全还是受到威胁呢?
尽管LED照明技术在节能及高效照明方面具有明显优势,但同时,LED光源对视网膜的危害以及对生物日常生活节律的影响也在提示我们要清醒地看到LED照明对人体生物安全方面的风险。
在光辐射波段中,紫外线及蓝光波段对人体的危害尤为明显。LED的光谱中有不同比例的紫外及蓝光谱段,其中可见光蓝光部分会对视网膜色素层产生损伤。目前已经发现的几种主要光辐射危害有:光致角膜炎和光致结膜炎、白内障、视网膜灼伤、视网膜蓝光损害、皮肤晒黑、紫外红斑、皮肤老化、皮肤癌等。多芯片集成及二次光学设计技术发展,令LED芯片功率及外量子效率日益提高,紫外和蓝光波段的短波LED芯片被广泛应用,技术与市场占有率的提高均使得LED的危害性更加显著。有别于日光,LED是利用特定波长组分单色光通过配光方案模拟自然光,光源光谱具有不连续,特定组分单色光高亮度的特点。短波段蓝光除了对人眼尤其是视网膜有潜在损伤威胁外,对松果体产生的褪黑素比其他类型人造光源有更明显的降低作用。有研究指出LED照明光源连续输出光谱中的蓝光成分对正常的恒河猴的视网膜具有损伤作用;过强的短波蓝光容易引起视网膜上感光细胞的光化学损伤和色素上皮功能的退化,过强的辐射还会引起视网膜的热损伤。??
??随着光生物学研究的快速发展,近几年LED的光生物安全日益引起国际社会的关注。从2002年开始,有关人类第三种非视觉光接收器(细胞)、光辐射对生理节律及内分泌系统的影响等基础研究的进展,为人们发现和研究人工光源在应用过程中出现的潜在危害提供了有效分析工具和证据。Melanopsin是一种视网膜神经节细胞表达的感光视蛋白,是哺乳动物继视锥和视杆细胞之外的第三种光感受性细胞,其功能是参与非视觉成像系统,?参与调控生物节律、瞳孔对光反射的活动。现有研究表明,Melanopsin是感受周围环境光辐射照度的,这种感光蛋白比较与于三种感光色素来说对440-480?纳米谱段更敏感,这种光刺激对机体的生物节律调节机制是非常重要的。非哺乳脊椎动物存在多种能感受光节律性变化的组织,如松果体及其周围组织、皮肤黑色素细胞等。哺乳动物仅有melanopsin/pRGC系统能够感受光节律变化。有实验结果发现melanopsin对瞳孔对光反射的调节作用较视锥细胞的调节作用大3倍。
上述研究表明人类生物节律的调节有可能受到LED光辐射极大的影响,不规范的LED照明可能在人群中广泛产生失眠,眩晕,头痛,情感障碍等广泛的神经系统功能异常。
既然LED有如此的缺陷,为什么国家还是大力发展LED灯具行业能,其实在LED在这50多年的发展以来,这些缺陷得到了很大的改进。其实正确使用合格的LED灯具是可以避免灯对人体的危害。
根据欧盟颁布的针对激光产品(包括LED)的 测 试 标 准IE C /E N 62471,以及中国的国标G B /T20145-2006灯和灯系统的光生物安全性,蓝光视网膜危害可分为四种:无危险、低危险(1类)、中危险(2类)、高危险(3类)。按照相关国际规定,如果制造商提供了表明灯具的辐亮度属于无危险类或低危险(1类),认证机构可以接受这样的LED灯具,并认为其在正常情况下不会产生光生物危险。如果灯具的辐亮度属于2类或3类,没有警告标记不能直接使用。
在第七届上海国际新光源&新能源照明论坛上,来自学界、业界、医学界的专家达成了基本的共识,主要的结论就是,正确使用合格的普通照明白光LED产品,对于人眼是完全安全的。
那我们又如何正确使用LED灯具呢?
室内,色温要降下来。所谓色温,是衡量光源光色的尺度,低色温就是我们通常说的暖色光,红色成分较多,蓝色成分较少。反之,偏蓝的冷色光,色温就比较高。我们常见的光源中,烛光的色温大约是2000K,白炽灯是3000K,清晨的阳光大约4400K,中午就上升到了5600K。高级工程师、上海照明学会理事长俞安琪说,人在一天里不同时段用光,顺应自然规律是最理想的,而现在市场上的LED灯,色温普遍偏高,对人体生物钟会产生干扰。
家里灯光设置各有侧重。家庭如何使用灯光最合适?新桥医院神经内科心理咨询门诊专家戴光明教授建议,家里的灯光宜柔和,不宜太亮或太暗,切忌使人眼花缭乱和反差太大;卧室(卧室装修效果图)中最好不要用刺激的灯光色彩,而且应避免色彩强烈对比,切忌红绿搭配。一个房间里灯光颜色最好不要超过3种,各种颜色也应该协调统一。针对老人和儿童,对光源的选择也有所不同。
老年人的房间最好不要挂大灯,因为老人习惯起夜,如果在半夜突然遇到特别刺眼的灯光,会影响到他们的睡眠。有些老年人喜欢躺在床上看书,所以床头灯应该稍微亮点。老人房间灯光应该偏暖色,这会让房间变得很温馨,光源不要太复杂。
对于儿童房(儿童房装修效果图),大坪医院眼科副主任白继教授表示,灯光的使用关系着孩子眼睛的健康,所以要特别注意,不管是使用白灯或黄灯,维持明亮是最高原则。“每个时期的孩子使用光源的重点也都不同,要按照需求去做调整。”白教授称,如学龄前儿童对阅读的需求量不大,但可以在床头装上床头灯,在孩子睡觉前大人可以陪着他看书。
另外,教授还提醒,许多家长喜欢在孩子睡觉时,调低灯的光亮睡觉,“这样容易损伤孩子的视力,也容易出性早熟等症状,应尽量避免。”
选购LED应关注色温参数。“色温参数”这一专业词汇也引起了大家的重视。据悉,自然界的光照在中午时分色温高,早晨和黄昏时色温低。由于高色温照明产品中的蓝光成分较高,在办公场所使用此类产品有利于提振精神。但如果晚上使用,却可能影响睡眠,造成生物钟紊乱,从而降低人的免疫力。因此,俞安琪强调,在重视LED蓝光对视网膜有潜在伤害的同时,还要关注“富蓝化”的LED照明产品、即高色温照明产品对人体司辰节律的影响。上海市照明学会名誉理事长章海骢则建议,室内LED照明产品的色温不宜超过4000K,智能家居产品,应避免使用色温5000K及以上的LED照明产品。
那我们现在中国LED市场是怎么一个情况呢?
目前LED室内、室外照明市场绝大多数以代加工贴牌的方式进行赢利,大量低价格、低质量的产品充斥市场,不可否认,目前LED室内市场中有一部分企业是注重质量和品牌建设的。但是绝大数企业还是卷入了价格战之中,同样规格的LED日光灯管,价格相差一倍之多,同时在外观上也看不出它们有明显的区别。此种LED日光灯管还不如节能灯,宣传寿命比节能灯长久也只是喊口号,如果这些产品充斥国内市场或者出口到国外市场,产品更是无法保障,也必将导致LED室内照明产品陷于绝境。??
市场公模配件普遍,价格战更激烈,
LED日光灯管产品技术含量低,众多小企业大量涌入,市场公模配件也十分普遍,很多产品的零配件通用,小企业来进行加工生产以此来降低成本,也会让产品同质化现象越来越严重,价格战更激烈。企业在价格战中利润日益摊薄,很少企业能够拿出资金来进行长久研发,行业间产品互相抄袭。企业的发展主要依赖于控制生产成本和增加销售额,显然采用这种思维模式去做LED室内产品,也必将会把这个市场和产业越做越乱
在这种市场情况下我们如何选购LED灯具呢?
一、看整体“灯具的功率因素”:功率因素低,说明使用的驱动电源、电路设计不好,都会大大降低灯具的使
用寿命!功率因素低,使用再好灯珠的灯具寿命也不会长。
功率因素高低,用“功率因素表”就可以检测出来!一般出口LED灯具功率因素要求达到0.85以上。功率因素低于0.5,应该说不合格产品或拉圾产品,不但寿命短,而且实际消耗电量比标称要高出一倍左右,也就是说,与普通节能灯比,根本就不节电!所以,这就是为什么LED灯具需要配备高品质、高效率的驱动电源的原因!
没有“功率因素表”用来检测LED灯具功率因素的消费者,还有一个办法是用“电流表”来检测二个标称功率相同的类似产品,电流越大且电流谐波越大,说明实际消耗电量就大,也就越不节电!同时,电流不稳定,对灯珠寿命和整体灯具的寿命不利!
二、看“灯具散热条件——材料、结构”:LED灯具散热也是非常重要的,同样功率因素的灯具和同品质的
灯珠,如果散热条件不好,灯珠在高温下工作,光衰会很大,灯具寿命会减少。?
目前,采用的散热材料主要有铜、铝、PC,铜的导热比铝好,铝的导热又比PC好,现在散热器材料一般用铝最多,最好的为插片铝,车铝(铝型材、挤铝)次之,最差的是铸铝,插片铝散热效果最好!
如果,采用空气对流的方法来散热,一定要处理好电路、电源的绝缘问题。否则,灯具在比较潮湿的环境中工作,容易发生电路短路,造成安全事故!
三、看“灯珠品质”:灯珠品质决定于芯片品质和封装技术。?
芯片品牌分三大阵营:
第一阵营以欧美、日本为代表的厂商,主要包括科锐、欧司朗、日亚化学、丰田合成等;
第二阵营以美国、韩国、中国台湾为代表的厂商,主要包括普瑞、旭明、首尔、晶元、泰谷、广稼、新世纪等;
第三阵营以国内为代表的厂商,主要有三安、迪元、蓝光、士兰明芯、路美等。
芯片品质决定灯珠的亮度与光衰。好的灯珠不但光通亮高,而且光衰也小。?
四、看灯具使用的驱动电源:电源的使用寿命相对灯具的其他部分来说,寿命要短很多,电源的寿命影响灯具
的整体寿命,灯珠的理论寿命在5-10万小时,而电源的寿命在0.2?-3万小时,电源的设计与材料选择会决定电源的使用寿命。?
五、看光效:同样的灯珠功率,光效越高,亮度越高,同样的照明亮度,耗电越小,越节能。
六、看电源效率:电源效率越高越好,越高,说明电源本身的功耗越小,输出的功率越大。
七、看是否符合安全标准:我国LED灯具安全标准已经出台,请按国家规定的安全标准选择LED灯具。?
八、是看做工是否精细:一个品质好的LED灯具,除上面提到的几个主要方面外,还要根据不同的使用环境,
有不同的技术要求,如防潮、防尘等。
总之,一个品质好的LED灯具,是高品质的驱动电源、良好的散热条件、高品质的(芯片)灯珠、符合安全标准几个方面的完美结合!只强调任何一方,都不能称为一个合格的产品!为此,请广大消费者在选择LED灯具时,应综合考虑上面几个重要方面,以免造成经济损失!