周 莉，黃順云，羅 莎，林燕丹

(1.復(fù)旦大學(xué)電光源研究所 先進照明技術(shù)教育部工程研究中心，上海 200433；2.航空工業(yè)上海航空電器有限公司，上海 201100)

引言

在民機客艙中，伴隨著不同外部光環(huán)境和不同飛行狀態(tài)，乘客可能面臨不同的視覺任務(wù)，包括登機、閱讀、休息、就餐等，尤其在長途飛行過程中，客艙的內(nèi)部光環(huán)境對于飛行體驗十分重要。國內(nèi)外航空標準將客艙照明分為一般照明、功能照明和應(yīng)急照明三種[1]。其中一般照明包括客艙頂部和側(cè)墻的照明[2]，這部分照明對于整個客艙的光環(huán)境氛圍營造起到?jīng)Q定性作用，是評價飛機客艙的重要指標。對比LED和其它傳統(tǒng)光源的照明方案，OLED光源的面發(fā)光、柔性可彎曲和輕薄的特點為OLED燈具設(shè)計帶來了無限空間，更加符合飛機客艙個性化、高端舒適的照明需求，本文通過照明仿真，從光分布和眩光等指標闡述OLED在飛機客艙應(yīng)用的可行性。

1 技術(shù)現(xiàn)狀

2011年，日本全日航公司第一次將用 LED 作為照明系統(tǒng)的客機投入運營，此后LED照明系統(tǒng)逐漸成為飛機內(nèi)飾照明的主流方向，并隨著LED光源技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展。與其他照明場所相比，客艙照明傾向于集照明與裝飾為一體，更加注重照明舒適性和情景照明效果。Goodrich的LED 洗墻燈系列包含了白色、琥珀色、藍色等多種光色的洗墻燈，通過控制系統(tǒng)預(yù)定義各種照明參數(shù)輸出不同的客艙光環(huán)境，例如可以通過預(yù)設(shè)光參數(shù)，在客艙內(nèi)形成一個琥珀色的側(cè)壁和藍色的艙頂，計算機仿真渲染如圖1所示。SCHOOT AuraPlane系列提供了另一種實現(xiàn)思路，運用超薄(厚度為6 mm)LED面板燈，通過RGBW四色混光，實現(xiàn)艙內(nèi)的超均勻照明效果，同時可以營造特殊的氛圍照明。

圖1 Goodrich LED 洗墻燈系列渲染圖Fig.1 Rendered image of Goodrich LED washing lighting in cabin

現(xiàn)有的典型LED照明方案主要通過分開驅(qū)動以及間接照明來實現(xiàn)艙內(nèi)照明效果，超薄LED平板燈是另一種直接照射的照明方式，可以滿足一定像素的圖像視頻顯示以及較高的照明均勻度，但由于LED顯示照明需要特殊光學(xué)、驅(qū)動模組設(shè)計，與OLED自發(fā)光顯示屬性相比，存在制作成本高、系統(tǒng)穩(wěn)定性差的缺點。OLED作為新一代顯示技術(shù)的核心，具有以下特點：①具有自發(fā)光的技術(shù)，無需背光源，更輕?。虎贠LED器件為全固態(tài)結(jié)構(gòu)，無多余空間結(jié)構(gòu)，抗震性能理論上優(yōu)于傳統(tǒng)燈具以及LED燈具，可以做在柔性材料基板上實現(xiàn)可彎曲的柔性結(jié)構(gòu)；③可以集照明與顯示與一體，兼具色域廣、視角寬、顯示畫面響應(yīng)快的優(yōu)勢[3]。綜合對比LED以及其他傳統(tǒng)光源，OLED更加符合飛機客艙高端照明的要求。

2 OLED在客艙中的仿真分析

2.1 仿真分析方法

為了探究OLED在客艙照明中的應(yīng)用可行性，體現(xiàn)OLED柔性可彎曲在客艙中的應(yīng)用優(yōu)勢，我們在照明仿真軟件Dialux evo中復(fù)現(xiàn)空客A321雙排座位的部分區(qū)域。根據(jù)實際機型的照明設(shè)計,該機型客艙的主照明通過洗墻間接照明實現(xiàn)，布燈位置如圖2所示，采用Goodrich的LED 洗墻燈系列配光，光束角度為60°。在本仿真中，不考慮閱讀燈開啟的特殊情況，考察主照明對于艙內(nèi)行李架表面、過道地面、乘客眼位、指示燈顯示面、前方座椅等區(qū)域的照度以及典型的乘客、空乘人員的眼位眩光影響，仿真渲染效果見圖2。

在本仿真模型中，設(shè)置多個典型接收面和接收點作為計算對象,如圖3所示，其中F1為通道地面，用于評價客艙地面照度分布；B1、B2、B3為行李架上垂直于水平面的行李架表面的等距離點，B1、B2、B3三點的光分布用于評價在整體照明環(huán)境中視野內(nèi)的行李架表面照度分布均勻情況；B4為頭頂上方指示燈所在表面，客艙內(nèi)指示燈一般用于禁煙以及安全帶提醒，B4的表面照度用于評價指示燈表面光分布合理性；W1為客艙側(cè)壁墻面的照度分布；S1、S2、S3三個計算面的光分布用于評價典型座位工作面的照度分布，距離客艙地面0.8 m；D1、D2、D3三個計算面的光分布用于評價典型座椅后方、乘客視野正前方的照度分布。同時設(shè)置兩個計算點模擬艙內(nèi)的典型人眼位置，分別位于座椅區(qū)域0.8 m點E1(座位上的觀察眼位)和通道區(qū)域1.5 m點E2(站位的觀察眼位)。每個計算表象的具體參數(shù)設(shè)置見表1。

圖2 LED客艙布燈及仿真渲染圖Fig.2 Lamps position and rendered image of LED simulation in cabin

圖3 仿真計算對象設(shè)置Fig.3 Target surface and point in simulation

表1 計算對象設(shè)置Table 1 Setting of calculate objects

在相同的客艙空間內(nèi)，選擇兩種外觀的OLED作為客艙主照明，不加入其他照明燈具，分別與現(xiàn)有的LED照明方式進行對比，由于OLED的光束角與加工工藝相關(guān)[3]，在本次仿真設(shè)置中，設(shè)置OLED光源的半角寬為40°，現(xiàn)有的LED照明方案見圖1，兩種OLED布燈示意圖見圖4，其中圖4(a)為凹面OLED布燈示意圖，OLED向下彎曲，彎曲弧度形狀與艙頂對稱；圖4(b)為凸面OLED布燈示意圖，OLED貼合艙頂彎曲，虛線曲線為OLED的配光形狀。

圖4 OLED布燈示意圖Fig.4 Arrangement of OLED

2.2 仿真結(jié)果分析

為了對比LED與OLED光源的光效利用率，綜合SAE AIR512推薦客艙內(nèi)部區(qū)域的各項最小照明值，本仿真選取走廊地面照度為基準，考察當過道表面平均照度為100 lx時，燈具的總光通量和其他區(qū)域的光分布情況。

仿真結(jié)果顯示，過道表面平均照度為100 lx時，現(xiàn)有的LED方案需要總光通量25 120 lm，兩種OLED照明方案需要總光通量相同，都為6 000 lm，即可達到相同的過道照明要求，本仿真中設(shè)置的OLED方案所需光通量只需LED間接照明方案的23.9%。

仿真設(shè)置各個計算區(qū)域的照度分布如圖5所示。

圖5 三種照明條件下艙內(nèi)不同區(qū)域照度分布曲線Fig.5 Curve: Illumination distribution in different areas of cabin under three lighting conditions

根據(jù)照度分布仿真結(jié)果，結(jié)合SAE AIR512給出的照度建議，標準對于客艙內(nèi)各個表面照度分布要求較低，本次仿真在滿足相同的地面照度要求下，LED方案艙內(nèi)各個面平均照度達到213 lx，OLED方案僅有99 lx，LED照明方案中各個區(qū)域的照度均高于OLED方案。以B4點為例，由于客艙指示燈為自發(fā)光器件，對指示燈的開關(guān)狀態(tài)判斷那起重要的提醒作用，如B4表面照度過高，會降低指示燈顯示信息對比度，影響對指示燈開關(guān)狀態(tài)的判讀[4],OLED方案可以將B4表面的照度控制在15 lx以下，與LED方案的95 lx結(jié)果對比具有明顯優(yōu)勢。

在本研究中采用統(tǒng)一眩光值(Unified Glare Rating，UGR)[5，6]來評價客艙內(nèi)的不舒適眩光值，艙內(nèi)兩個觀察點的眩光仿真結(jié)果如圖6所示，結(jié)果顯示每個計算點水平方向0°～360°的URG值分布，其中0°方向為典型眼位正前方向。結(jié)果顯示：雖然采用間接照明的方式，LED方案艙內(nèi)的眩光依然偏高，E1點最大眩光值最大可達26，角度為通道走廊一側(cè)，這是由于視野范圍內(nèi)照度分布不均勻，局部過量造成的。而OLED照明的方案中，艙內(nèi)眩光明顯低于LED方案，可控制在19以下[5]，其中凸面的OLED照明方案結(jié)果優(yōu)于凹面方案。

E2點的眩光分布如圖7所示，同樣反映了站位(乘客站在中間通道眼位點位置)的類似問題；同時，由于站位位置特點，E2值的各個角度眩光均高于E1。在OLED照明的兩個方案中，凸面的OLED方案中可以將眩光控制在15以下。

圖6 三種照明條件下E1點眩光分布曲線Fig.6 UGR distribution of E1 under three lighting conditions

圖7 三種照明條件下E2點眩光分布曲線Fig.7 UGR distribution of E2 under three lighting conditions

3 討論與結(jié)果

基于民機客艙照明的基本要求，通過對成熟OLED樣燈的測試以及LED與OLED照明方案計算機仿真對比，我們可以得出如下結(jié)果：

從產(chǎn)品外觀角度，OLED燈具可以實現(xiàn)任意彎曲形狀，可以體現(xiàn)各個飛機和航班個性化特點，同時OLED還可以拓展其顯示領(lǐng)域，在形狀和功能上都具有多樣性；從光效利用角度，間接照明光效較大程度依賴燈具本身和艙內(nèi)表面反射率，為了達到柔和舒適的照明效果，艙內(nèi)反射率一般設(shè)置較低，在本次仿真中，客艙內(nèi)表面反射率為45%，相同的照明要求下，直接照明的OLED方案中光通量要求僅為LED方案的23.9%，OLED具有明顯光效利用率優(yōu)勢；從光分布角度，OLED方案中光分布更加合理，艙內(nèi)整體光分布規(guī)律更加符合標準和實際使用需求；從視覺舒適角度，無論站位或者座位，采用直接照明方式的OLED方案URG均低于LED方案，以凸面形狀即貼合客艙本身曲面弧度的方式更優(yōu)。

總之，在不考慮燈具成本和防護性能的前提下，通過樣燈實測和仿真對比，OLED從燈具外觀、光色品質(zhì)、光效利用角度，與LED相比都具有明顯優(yōu)勢。我們的研究可以為OLED光源在民機客艙照明中的應(yīng)用提供一定的參考。