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LED照明与视觉认知 厦门市LED促进中心 何开钧（主任/教授级高工） 第一部分 LED照明 照明的三大要素 照明的效率 绿色照明 能效 照明的主观能效 环保 对动植物的危害 健康 光源照明是高科技朝阳事业 历史上 : 1879年爱迪生发明 白炽灯是被公认为人类进入 现代文明社会的里程碑 ! 照明光源史 第一代电光源：白炽灯（卤钨灯） 第二代电光源：荧光灯（日光灯、节能灯） 第三代电光源：高强度气体放电灯（HID） 第四代电光源：半导体发光二极管（LED） LED芯片目前的技术水平 Cree 量产：114 lm/W，效率：430mw/W 实验室：150 lm/W，单颗：4A，1000lm Nichia 量产100 lm/W，实验室：191 lm/W Philips （Lumileds） 量产：112 lm/W，单颗：1A，220lm 热阻：5.5 ?C/W，1.4A，250lm 中村修二 白光：129 lm/W，预计2015年达到150 lm/W LED的性能、特点： 亮度高、寿命长：80～100lm/w、2～5万小时 低功耗节能省电：低电压、低电流 色域宽色彩丰富：涵盖全部光波段、白色 光色纯光束集中：单色性好、发散角小 响应快网络控制：可瞬时反复开关、智能调控 体积小安全可靠：结构紧凑、固态抗冲击 无污染绿色环保：无汞、气、玻璃、无红外、紫外辐射。 LED的应用 LED的应用 LED夜景工程 建筑物照明 奥运［水立方］，使用Cree公司49.6万只1W XLamp LED发 出变幻迷人的光彩。 LED照明的问题（一） LED照明的问题（二） （三）、 LED发光效率的极限性 有半导体专家称：400 lm/w 有照明专家称：320～350 lm/w 根据国际计量大会对坎德拉（cd)的定义 单色光555nm发光效率683 lm/w 白光：光源光谱分布与v(λ)加权计算 等能白光极限发光效率：182.45 lm/w 牺牲显色性，白光LED极限发光效率200lm/w左右 美国集中一百多位科学家编著的研究报告“21世纪的光学与光工程学”中指出白光的理论极限是 220 lm/w LED发光效率的极限值 （一）、问题的提出 人的眼视功能 （二）、视觉认知系统 眼睛光学系统 视 网 膜 锥体细胞 2~6um,长40um， 650~700万个 杆体细胞 2~4um, 长60um, 1.2亿个 双极细胞 神经节细胞 中心凹3°视角内，只有锥体细胞 中心凹20°视角，杆体细胞最多 锥体细胞与杆体细胞的分布 视神经传导系统 光线?眼球?大脑视觉?脑科学 视觉由眼睛开始 视觉通路 视觉功能 人眼的适应性 人眼视觉特性（一） 分辨率： 衍射极限 锥体细胞大小1.5-2 μm 人眼的波像差、波色差决定，平均约0.7′ 视力：分辨率1′，视力为1.0 ; 分辨率30″, 视力为2.0 视场（视野） 水平:内侧60℃、外侧100℃ 垂直:向上70℃、向下50℃ 2′内 特清晰 2°内 最清晰 10°内 有效视场 20°内 工作范围 40°以外 无色彩感、分辨率低 人眼分辨力与视角的关系 人眼视觉特性（二） 响应速度：0.1秒为视觉残留时间(正后像暂留) 0.1秒~10秒响应视见度高 2秒~3秒视觉辩认最好 最大临界闪烁频率≤50 Hz 100 Hz以下闪频时对眼睛有害? 紫外光有害、强兰光有害、强光、眩光有害。 （三）、光度的视觉认知 人眼可感知的亮度范围很大: 10-8cd/m2～108cd/m2 人眼能同时感知的亮度范围有限：1～103cd/m2量级 主观亮度与客观亮度的对数成正比 明视觉：亮度L 3cd/m2, 老人 10cd/m2 中间视觉：10-4cd/m2 L 3cd/m2 暗视觉：10-8cd/m2 L 10-4cd/m2 人眼可感知的亮度范围 人眼视觉认知过程 明－暗场 对比度感知 人眼习惯的景物对比度49：1 物体表面反射率最大98%，反射率90%为白色 物体表面反射率最小2%,反射率4%为黑色 拍电影、电视的对比度都在50:1以内 感知的最大对比度:1000：1 主观感觉：对比度越高越亮，目标越小越亮 100：1以上的光源就有眩目感 感觉舒适的亮度 亮度感知与视场亮度、景物对比度、目标大小有关 目标亮度大于背景亮度2~5倍 心理亮度与客观亮度、适应亮度不是线性关系 亮度变