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可调式高演色性之LED照明光源制作与应用

上传人:胡能忠/冯彦诚/张明珠/吴锦铨/萧弘清/陈在相

上传时间: 2014-01-13

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  引言

  很多人都有在午后精神不济的经验,特别是在吃午餐后。当嗜睡程度增加时则会减低工作效率。除了午睡或是来杯香浓咖啡,高亮度的照明光是可以减少此现象的有效方式之一[1]。但是,它可能没有办法适用于办公室环境,例如在一些没有办法直接照射到阳光的建筑物内。因此,高色温的照明光源提供了另一项选择,因为高色温的照明光可以提高人们的警觉性并且帮助我们能够减少午后的嗜睡程度[2]。然而,现今我们使用的照明光源只能提供固定色温(例如色温6500K),长时间曝露在这样固定的照明光源下,并不会使警觉程度维持较久的时间。因此,我们需要把每个人不同的需求在不同的时段上来调整不同的色温照明环境。因此,现今我们所需要的灯具不但可以提供可变色温并且具备高演色性的照明光源。为了能实现这样的动态照明光源,LED是唯一的选择;因为我们可以任意地挑选LED的峰值波长,经混光后来达到这样一个新颖的且具备有重要生物意义的照明光源。这样新颖的光源中,LED扮演了非常重要的角色,经过不同LED波长的组合后可仿真出不同时段的日光,包括清晨、中午以及黄昏。本篇研究中所挑选的六种LED,是经过最佳挑选后所筛选出六种最佳LED所组成的光源模块[3],不同于一般只有红光、绿光以及蓝光所组合而成的照明光源,其不但具备有较高的演色性,且色温是可以调变的。经这六种不同的LED组合后,其色温范围可从1800K到12000K,我们利用光谱辐射度计 JETI所量测得到的平均演色系数是88,照度高于700勒克斯。

  警觉程度与色温之关系之前的研究指出高色温的光源会使人类产生较高的警觉程度,而警觉程度的高低由alpha波之衰减系数(AAC)来判断。经由脑波(EEG)的讯号量测,得到开眼和闭眼的alpha能量比值[4]。因此,改善人类下午嗜睡情况的明亮自然光,可以被高色温光源所取代。然而经过长时间暴露于高色温的照射下,可能不会一直保持着相同的警觉程度。八位受测者在色温6500K的光源下照射1.5小时。警觉程度随着暴露在光源下时间的增加而减少。从此结果可得知,30分钟内警觉程度维持一定,当AAC为高的,再以高色温之光源照射,也不会增加AAC。而AAC在一小时后衰减,其原因可能是眼睛已受此色温之适应。因此当嗜睡程度增加时可能需要以更高的色温光源照射,或者是改变以低色温光源照射。此外,由于不同的色温可能会呈现不同的警觉程度与情绪,故我们可依照不同的警觉程度状态来进行色温的调整。我们采用不同色温来测试警觉程度,此实验是两天的实验程序,照明光控制照度为500勒克斯,受测者共有五男五女,年龄介于20岁到22岁。这三种光源分别表示为,第三种6500K、第二种4000K、第一种3000K。相关的AACs显示,第一天测试中的6500K光源可使警觉程度高于4000K或3000K之光源;因此,相较于3000K及4000K色温下,6500k的光源可以抑制下午的嗜睡程度,由于不同的人在不同的时间点所感觉到的嗜睡程度不一样,因此不同的人在不同时间上可以要求点亮不同色温光源,如此不但可以抑制嗜睡程度也可以改善工作效率。

  可调式色温LED光源之实体制作

  欲重建照明光源E (λ )可由M个LED重建,而成重建光源Eˆ (λ ),其表示式如下:

  各LED之重建光源光谱系数可以下式计算出[3]:

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