【特约专稿】《2013中国科协全国学会发展报告》解读序篇（一）

　　一、LED的应用

　　LED的特点决定了它除了视觉用途外，还有很多其他的应用，即非视觉应用。目前所知的主要包括农业、医疗等领域，若把光在这些领域的应用称作广义的照明学科，那照明学科的内涵将获得极大的发展。

　　1、LED 在农业上的应用

　　LED在农业上的应用主要用于植物的补光，而植物生长则依靠太阳光的光合作用。生物学统计表明，大部分植物为绿色植物，其中都含有叶绿素a与叶绿素b，而叶绿素a与叶绿素b对光谱是选择性吸收的。含有叶绿素a与叶绿素b的植物，对绿光的吸收是很少的，其主要的吸收峰分别在650nm与440nm附近，且叶绿素a与叶绿素b吸收峰不同但比较接近。因此，可以认为植物的生长主要是依靠这些光谱进行光合作用。进一步的研究也表明，不同的植物对不同波长光的吸收与光合作用也不一样，这个从不同的植物有不同的颜色(即反射太阳光部分)也可以理解。

　　由于LED具有很大的光谱灵活性，因此我们可以针对不同的植物选择合适的光谱进行照射，可以想象，这样的植物补光将具有比传统光源更大的效率优势。在这种LED应用中，建立不同植物的光谱光合作用效率曲线是提高效率的基础。因此，与目前的视觉科学对应，是否将产生植物光合作用科学?

　　LED在农业上的应用还包括杀虫，抗菌等。如一些特定的光谱对某些虫类、菌类有抑制作用，那么研究这种抑制作用一样具有很大的意义，而这将诞生另一类照明科学研究。

　　此外，LED在动物养殖上也有很大的用途。其主要应用是为动物营造一个优选的照明光环境问题，这也是照明科学有待研究的课题。

　　2、LED在医疗上的应用

　　LED在医疗上的应用主要包括光治疗与康复、保健等。

　　光照疗法(light therapy)的原理是：特定波长的单色光具有影响细胞生物学行为的能力，且无明显的损伤作用。长期以来，激光作为照射光源，由于其体积大、价格昂贵，无法照射大面积的伤口等问题使得激光在医疗上的应用受到限制。

　　与激光相比，LED光源体积小、价格相对便宜且具有各种光谱，还可采用多个LED排成阵列应用于大面积伤口照射，同时通过选用不同波长的LED可实现光治疗的波长优选，加上LED的高效率，使得LED在光治疗上有很大的应用潜力，LED在医疗保健与康复上的应用也基于同样的原理。

　　在这些LED医疗应用中，同样存在LED光照的优选问题，即针对某一种治疗，哪一类光谱最合适?怎样的强度，怎样的照射方式(脉冲方式/稳态方式)最合适?照射周期怎样最好?这些都是广义的照明学科范畴，值得科学研究的。

　　LED在医疗上的应用与农业略有不同。在医疗应用中，由于人体内具有各种组织，那么LED光源不仅要考虑对某些组织生长的促进作用，还要考虑对其他多种组织的破坏作用。因此，LED在医学上的研究将复杂的多。

　　随着LED技术的发展，除上述之外，LED还将诞生出各种应用，而这些应用的研究，也将极大的丰富照明学科的研究内涵。

　　值得一提的是，LED与通信技术结合产生的LED可见光通信技术，将有很大的应用前景。但是，在LED通信中，LED只是一个载体。因此，尽管未来这是与照明相关的一个交叉学科，但是，严格的说，这个不属于照明学科的范畴，而是通信学科的一部分。

　　二、LED改变照明学科的重心

　　照明学科是以光度学、色度学为学科基础的，其中光度学是由科学家朗伯(Lambert)在1760年创立;而色度学则经历过比较漫长的过程，从CIE1931、 CIE1964、CIE1976多次对CIE色度系统进行修正才完善;1974年，显色性的评价指数基本确定下来。在此之后的近四十年里，照明学科本身没有大的发展。究其原因，作为照明的物质基础的光源，包括热辐射光源、气体放电光源在光谱等基本形态上没有大的变化，而以光度学、色度学为基础的照明学科又能基本上满足采用这些光源的照明实践需要。

　　20世纪80年代，国外厂家首先发明了紧凑型荧光灯。之后近十年里各国都投身在其光效、显色性、寿命研究中，并取得了较大进展，以至于CFL成为目前室内照明的最主要光源。而作为60年代的HID光源，一直是光源研究的热点，并在灯具光效、显色性、寿命等方面为此，该领域诞生了照明领域另一个重要的国际会议及其组织，即LS:XX会议及FAST-LS，并使LS会议成为照明领域除CIE之外的最重要国际会议。

　　一直以来，照明学科的重心是作为照明的物质基础的光源，而不是照明本身，LED的出现将改变这种局面。

　　近年来，LED技术快速发展，其中最重要的指标之一—光效已从十年前的10lm/W左右提高到目前的市售产品的130lm/W，而实验室的样品已达到300lm/W以上，而价格也很亲民。同时由于LED器件的寿命、可靠性等都有了很大的提高，使得LED在尺度空间、光谱空间、时间空间的无限灵活性正凸显出优势。目前LED在信号、显示等领域已经成为主流的光源;在视觉照明领域(室内、室外等)，占据着领导地位;在农业、医疗、通信等领域，近年来也在快速增长中。

　　在以上LED应用前景中，都是基于LED三个无限灵活性。然而，目前LED的发展未能完全实现LED的这种灵活性，特别是LED光谱的无限灵活性。一般来说，LED的光谱半宽度为20~30nm，且可通过改变LED材料的掺杂实现可见光范围的大部分光谱，由于可实现的各个中心波长的LED光电效率不同，特别是绿光LED的效率很低，目前商业产品仍然低于20%。因此，提高绿光LED的光电效率将是实现LED真正的光谱无限灵活性的必要条件。在LED绿光的效率尚未获得较大发展之前，研究提高绿光LED的光电效率将是照明学科的一个研究重点。