探索新技術(shù)在景觀照明上的應(yīng)用

　　黃榮豐  廣州市雅江光電設(shè)備有限公司總經(jīng)理

　　《2018阿拉丁照明產(chǎn)業(yè)調(diào)研白皮書》顧問

　　摘要：本文介紹了景觀照明中LED技術(shù)的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)，以及介紹了LED相關(guān)新材料的應(yīng)用。本文重點(diǎn)闡述了LED色彩管理系統(tǒng)相關(guān)的原理與實(shí)際應(yīng)用技術(shù)，比如 RGB 混色系統(tǒng)，HsIc顏色系統(tǒng)，ccs智能色彩管理系統(tǒng)，光源顯色性等等。最后，本文介紹了RDM技術(shù)以及其在景觀照明中的應(yīng)用前景。

　　關(guān)鍵詞：景觀照明、LED技術(shù)、新材料、光學(xué)設(shè)計(jì)、混光RDM技術(shù)

　　一、前言

　　景觀照明是指既有照明功能，又兼有藝術(shù)裝飾和美化環(huán)境功能的戶外照明工程。景觀照明可分為園林廣場景觀照明、道路景觀照明、建筑景觀照明、文化旅游景觀照明。景觀照明通常涵蓋范圍廣、門類多，需要整體規(guī)劃性思考，景觀照明手法多樣，照明燈具的選擇也復(fù)雜，對照明設(shè)計(jì)師的整體能力要求較高。

　　LED 因其節(jié)能環(huán)保、易于控制等優(yōu)勢替代傳統(tǒng)照明產(chǎn)品是大勢所趨。LED應(yīng)用中的智慧照明系統(tǒng)融合了監(jiān)測、通訊、指示、照明等功能，未來將在各類城市景觀照明管理中發(fā)揮重要作用。

　　LED(Light Emitting Diode)，又稱發(fā)光二極管，是利用固體半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料，當(dāng)兩端施加正向電壓時(shí)，半導(dǎo)體中的載流子發(fā)生復(fù)合，放出過剩的能量而引起光子發(fā)射產(chǎn)生可見光、遠(yuǎn)紅外、近紅外光，在景觀照明工程中充分利用了 LED的可見光。

　　LED光源憑借其發(fā)光體接近點(diǎn)光源、便于二次光學(xué)設(shè)計(jì)、發(fā)光響應(yīng)時(shí)間短、易于做成小體積燈具、節(jié)省安裝空間等特性將景觀特有的形態(tài)和空間內(nèi)涵以多種方式展現(xiàn)出一道獨(dú)特的風(fēng)景。近年來伴隨著LED技術(shù)的不斷發(fā)展，帶動(dòng)了很多其他相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展。

　　二、LED 半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展

　　隨著科技的發(fā)展，LED半導(dǎo)體技術(shù)已被廣泛運(yùn)動(dòng)到各行各業(yè)，其應(yīng)用領(lǐng)域主要集中在信號指示、智能顯示、汽車燈具、景觀照明和特殊照明等，以下為LED技術(shù)最新發(fā)展動(dòng)態(tài):

　　1、納米線型LED：波爾研究所研究納米線型LED， 其納米線的核是Gan材料，長度約2微米，直徑約 10 ~ 500納米，外圍材料是InGan。二極管中的光是由兩種材料間的機(jī)械張力決定的，這種納米線是可以使用更少的能量提供更高的亮度，更節(jié)能。

　　2、量子點(diǎn)LED：量子點(diǎn) (QD) 使用納米技術(shù)制作，QD顆粒一般在2nm~12nm之間，量子點(diǎn)發(fā)光體由發(fā)光核、半導(dǎo)體殼、有機(jī)配位體組成，如發(fā)光核 cdse(硒化鎘) QD顆粒，其優(yōu)點(diǎn)是可發(fā)射可見光至紅外，發(fā)光穩(wěn)定，內(nèi)量子效率可達(dá) 90%，與LED結(jié)合產(chǎn)生色彩豐富、十分明亮的暖白光。

　　3、接近太陽光的LED：現(xiàn)已研究出采用納米顆粒面 板對白光LED光源進(jìn)行散射，得到與太陽光接近的燈光，利用雷利散射原理，使白光LED陣列擴(kuò)散成“藍(lán)天”效果，或微黃色斑點(diǎn)模擬太陽光，效果好，可極大提升光色品質(zhì)。

　　三、新材料在LED燈具中的使用

　　在LED領(lǐng)域，成本和散熱問題始終是困擾LED發(fā)展和普及的兩大難題，發(fā)掘新的原材料來提升光效、降低成本一直是LED技術(shù)發(fā)展的一個(gè)方向。

　　1.塑包鋁

　　結(jié)合塑料以及鋁的散熱性能優(yōu)缺點(diǎn)之后，LED塑包鋁散熱套件被研發(fā)和推出市場，這種散熱材料是外面材料塑料 材質(zhì)包裹著，而內(nèi)部則用鋁材進(jìn)行導(dǎo)熱，這樣結(jié)合二者優(yōu)缺點(diǎn)之后，產(chǎn)品性能更佳，導(dǎo)熱性強(qiáng)而其成本也得到了控制。另塑料本身就比較容易加工和塑造，因而塑包鋁的造型和款式豐富，同時(shí)滿足了不同的場所應(yīng)用需求。

　　塑包鋁散熱相對于鋁材具有物美價(jià)廉的優(yōu)勢，成本得到降低，滿足市場需求，同時(shí)滿足商家的生產(chǎn)需求，獲得利潤提升。另外，這種材質(zhì)比較容易塑形和打造，因而可以回收利用，既節(jié)約成本又環(huán)保。

　　2、鎂鋁合金

　　主要元素是鋁，再摻入少量的鎂或是其它的金屬材料 來加強(qiáng)其硬度，因其導(dǎo)熱性能、強(qiáng)度高、密度小、耐腐蝕、可回收、導(dǎo)熱性好、防電磁輻諸多優(yōu)點(diǎn)而成為新型材料。鎂鋁合金應(yīng)用于LED燈具中的殼體及散熱模組中，能夠快速散發(fā)LED燈具運(yùn)作時(shí)產(chǎn)生的熱量，延長燈具的使用壽命。鎂鋁合金用于LED燈具的優(yōu)勢如下:

　　(1)散熱性良好

　　鎂鋁合金可有效地將內(nèi)部熱量散發(fā)到外面，在外殼和散熱部件上使用鎂鋁合金，可使電器外殼做到無散熱孔。

　　(2)輕量化

　　為了實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能減排，采用鎂鋁合金型材制造的燈具配件，不僅可以有效地降低承重，減輕負(fù)荷，同時(shí)也可以最大限度地減輕額外傷害等。

　　(3)電磁屏蔽性能較好

　　用于LED燈具上，能有效減少電磁對人體的危害，降低電磁對通訊信號等的影響。

　　3.石墨烯

　　石墨烯正逐漸取代金屬部件應(yīng)用于LED燈具的導(dǎo)熱零件，包括燈座、冷卻散熱燈杯和外殼等。石墨烯相對于金屬材料，具有散熱均勻、重量輕，造型設(shè)計(jì)靈活等特點(diǎn)，應(yīng)用在LED燈具上可令系統(tǒng)成本降低30%。

　　4.二維半導(dǎo)體MX2材料

　　具有獨(dú)特的晶格結(jié)構(gòu)和特性，M一般是過渡族金屬元素，X一般是硫族元素。定量的瞬態(tài)吸收測量結(jié)果表明，MX2材料異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的電荷轉(zhuǎn)移時(shí)間在50飛秒以下，與有機(jī)光電材料的最快時(shí)間記錄相當(dāng)。MX2具有卓越的電學(xué)和光學(xué)性能，且其大面積合成技術(shù)快速發(fā)展，有望在未來獲得光子和光電應(yīng)用。這些二維半導(dǎo)體具有與石墨烯相同的六角“蜂窩”的結(jié)構(gòu)和超高速電導(dǎo)率，不同于石墨烯的是，它們具有天然的能帶。

　　四、LED 色彩管理系統(tǒng)及光源顯色性

　　1.LED色彩管理系統(tǒng)

　　(1)RGB混色系統(tǒng)，通過不同顏色LED的色彩組合疊加可以實(shí)現(xiàn)更多更豐富絢麗的顏色，通過對紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)三個(gè)顏色通道的變化以及它們相互之間的疊加來得到各式各樣的顏色的，可以實(shí)現(xiàn)任意顏色的混合。目前更多的顏色混合方式在不斷出現(xiàn)，RGBW混色可以保證白光亮度的同時(shí)實(shí)現(xiàn)任意顏色的混色;RGBA混色可以提供更多顏色的混合;甚至已經(jīng)出現(xiàn)5種、7種更多顏色的混色，可以實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量的白光和更豐富的色彩。

　　(2)HsIc 顏色系統(tǒng)，用 H、s、I、c 四參數(shù)描述顏色特性，其中 H 定義顏色的波長，稱為色調(diào)，用角度度量，取值范圍為0°~ 360°，從紅色開始按逆時(shí)針方向計(jì)算，紅色為0°，綠色為120°, 藍(lán)色為240°。它們的補(bǔ)色是:黃色為 60°，青色為180°, 品紅為300°;s表示顏色的深淺程度，稱為飽和度，取值范圍為0.0 ~ 1.0，值越大，顏色越飽和;I表示強(qiáng)度或亮度，取值范圍為0(黑色) ~ 255(白色);c表示色溫，色溫是用于定義光源顏色的一個(gè)物理量。即把某個(gè)黑體加熱到一個(gè)溫度，其發(fā)射的光的顏色與某個(gè)光源所發(fā)射的光的顏色相同時(shí)，這個(gè)黑體加熱的溫度稱之為該光源的顏色溫度，簡稱色溫。

　　(3)ccs 智能色彩管理系統(tǒng)，ccs智能色彩管理系 統(tǒng)是以三基色參數(shù)照度及(x，y)色坐標(biāo)為基準(zhǔn)，對LED燈具的顏色進(jìn)行精準(zhǔn)控制。ccs技術(shù)載體是一枚高精度高 科技的芯片，其工作原理是通過將光的波長、照度、xy軸色坐標(biāo)、色溫等數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，通過顏色一致性算法進(jìn)行校對補(bǔ)償，修正其偏差值，最終將準(zhǔn)確的光色呈現(xiàn)出來。ccs智能色彩管理系統(tǒng)能有效解決當(dāng)前LED燈具在出廠后可能出現(xiàn)的問題，對于LED燈具在光品質(zhì)方面來說，具有劃時(shí)代的變革意義。它可以讓 LED 燈具被的數(shù)據(jù)校正得更加精準(zhǔn)，完善保存所有數(shù)據(jù)，作為LED燈具強(qiáng)有力的心臟，讓產(chǎn)品變現(xiàn)出獨(dú)有的藝術(shù)氣質(zhì)與魅力，成為設(shè)計(jì)師中的神筆，勾畫出更完美的景觀藝術(shù)圖。ccs智能色彩管理系統(tǒng)是硬件與軟件的完美結(jié)合，一項(xiàng)獨(dú)特跨時(shí)代的黑科技。

　　2.光源的顯色性

　　(1)顯色指數(shù)(cRI)：顯色指數(shù)是物體在光源照明下所呈現(xiàn)顏色的真實(shí)性，也就是顏色逼真的程度。一般認(rèn)為物體在太陽光下的顏色為物體真實(shí)顏色，認(rèn)為太陽光的顯色指數(shù)為100。顯色指數(shù)的測量是用標(biāo)準(zhǔn)待測光源和太陽光下顯色差異來測量的。測量顯色指數(shù)時(shí)，選擇14種標(biāo)準(zhǔn)色樣(有時(shí)用15種增加一種黃種人皮膚色)作為參考。比較每種色樣在待測光源與太陽光照射下的顯色差異，如果沒有色差，則待測光源對該種色樣的特殊顯色指數(shù) Ri=100;如果有色差，根據(jù)色差的大小給定一個(gè)數(shù)值。一般顯色指數(shù)Ra為前8中色樣顯色指數(shù)的算術(shù)平均值。

　　(2)色質(zhì)指數(shù)(cQs)：顯色指數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)色樣飽和度較低，顯色指數(shù)對高飽和顏色的色彩還原性不能準(zhǔn)確的評價(jià)，提出色質(zhì)指數(shù)的概念，計(jì)算色質(zhì)指數(shù)的時(shí)候，選擇15種高飽和度的色樣，并且取值為15個(gè)特殊顯色指數(shù)的均方根值。

　　(3)tM-30-15 IEs 評價(jià)照明光源顯色性方法，采 用 99 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)色，從 105000 個(gè)物體的顏色種仔細(xì)選取，代 表了生活中能看到的常見各種顏色(從飽和到不飽和，從 亮到暗)。提出兩個(gè)指標(biāo)保真指數(shù) Rf 和飽和度指數(shù) Rg。 Rf 用于表征各標(biāo)準(zhǔn)色在測試光源照射下與參考光源相比的 相似程度(100 代表完全相同;0 代表差別很大);Rg 則代表各標(biāo)準(zhǔn)色在測試光源下與參考光源相比飽和度的改變 (100代表飽和度相同，大于100表示光源可以提高顏色的飽和度，低于 100 則代表顏色的飽和度在測試光源下較低)

　　五、RDM的技術(shù)在景觀照明中的應(yīng)用

　　RDM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)由 EstA 提出，經(jīng)AnsI認(rèn)證的 RDM 協(xié)議 (基于DMX512鏈路實(shí)現(xiàn)的燈光設(shè)備遠(yuǎn)程管理協(xié)議 )， 其主要作用是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)備管理，RDM協(xié)議的功能包括用電腦訪問遠(yuǎn)程燈具信息、配置遠(yuǎn)程燈具的各種參數(shù)、控制遠(yuǎn)程燈具的各種功能、支持網(wǎng)絡(luò)升級燈具軟件。

　　總結(jié)

　　近年來，DMX512-RDM控制系統(tǒng)悄然進(jìn)入LED景觀照明領(lǐng)域，RDM 控制系統(tǒng)為中國LED景觀照明指明了新的方向。在越來越多景觀照明項(xiàng)目中，在控制器與燈具之間采用RDM協(xié)議，而在聯(lián)動(dòng)顯示方面采用了目前主流的MR-互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)。MR-互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)tcP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，通過互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器的建設(shè)，構(gòu)建總控端與多個(gè)節(jié)點(diǎn)端的通訊。通過人性化的總控端人機(jī)界面，進(jìn)行視頻分隔、上傳下載，及互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)動(dòng)同步等功能，并集成音視頻聯(lián)動(dòng)同步的功能?；ヂ?lián)網(wǎng)+ RDM系統(tǒng)作為新型照明應(yīng)用技術(shù)，會(huì)逐漸進(jìn)入人們的視界，同時(shí)其技術(shù)自身也會(huì)在項(xiàng)目應(yīng)用中不斷的完善與成熟，使景觀照明領(lǐng)域正逐漸往智能物聯(lián)網(wǎng)的方向深入發(fā)展。