照明科學與系統發展探索

作者 : Yoelit Hiebert,EDN

糧食需要種植在地下,人工照明因此成為糧食生產系統的關鍵組成部分。LED照明功率較低,還可以針對生長的不同植物類型,精確調節到最佳光譜,因此成為植物人工照明的不二選擇。

2020年美國能源部(DOE)能源效率和可再生能源辦公室(EERE)照明研發研討會在聖地牙哥舉行。與往年相比,今年的研討會有很大的變化,尤其是討論範圍的擴大。研討會以往都集中於LED採用的晶片和封裝技術的討論,特別是功效的提高,但今年的研討會還涵蓋了照明科學和照明系統的發展。議題包括LED照明的採用及節約的能源、動植物照明、改善人類健康的照明,以及如何將照明和控制整合到新的結構中。

會議一開始重申了企業和家庭轉向LED照明的主要原因:降低能源成本。據美國能源部估計,到2035年,LED照明將成為84%的照明裝置的主導技術,累計可節省能源62Quad。

猶他州立大學(Utah State University)植物、土壤與氣候系一直與NASA合作開發在火星上種植糧食的方法,他們在研討會上帶來了一場令人印象深刻的演講。

糧食需要種植在地下,人工照明因此成為糧食生產系統的關鍵組成部分。LED照明功率較低,還可以針對生長的不同植物類型,精確調節到最佳光譜,因此成為植物人工照明的不二選擇。

美國猶他州及全國其他許多機構目前正在為每種植物的每個生長階段制定最佳「照明方案」,這無疑將對地球上的室內種植產生影響,因為氣候的變化使我們不能在室外可靠地種植糧食。

另一場引人入勝的演講來自史丹佛大學(Stanford University)精神病學和行為科學系,重點介紹了LED照明在調節人類晝夜節律反應時存在的局限。演講指出,這項研究的目的是為了確定一項幫助青少年獲得更多睡眠的光療方案是否有效。他們將研究物件暴露於不同的光照方案中,評估其晝夜節律的變化。最後,研究人員發現,儘管不同的光照會產生預期的生理影響,晝夜節律確實發生了變化,但參與試驗的青少年並沒有獲得更多的睡眠。

毫不奇怪,儘管這些青少年更加疲倦,卻不願意提前上床睡覺,因為他們的朋友還沒睡。研究得出的結論是,僅僅調節晝夜節律不足以產生所需的結果,即獲得更多睡眠。隨著以人為本的照明越來越多地進入我們的工作和家庭環境中,必須記住,我們的目的是改變行為,越早改變,工作效率就越高,病假就越減少,僅僅依靠改變照明並不能得到預期的結果。

至於LED技術,據美國能源部的估計,目前最新的LED照明技術在性能上僅達到其最終性能的一半(圖1)。

圖1 白光和彩色光LED產品的功效和效率隨時間變化的曲線。(圖片來源:美國能源部能源效率和可再生能源辦公室)

本次研討會的其他演講主題還包括目前的各種固態照明技術,例如半導體材料、量子點和OLED。業界對量子點技術的興趣一直有增無減,他們致力於將量子點用於普通照明的LED產品中,以增強紅光發射。其中一個演講探討了在實現該方案時所面臨的材料與構造上的挑戰;還有演講概述了量子點在顯示器中的應用。關於OLED技術領域…

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