黃榮豐 廣州市雅江光電設備有限公司總經(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技術的最新發(fā)展動態(tài)，以及介紹了LED相關新材料的應用。本文重點闡述了LED色彩管理系統(tǒng)相關的原理與實際應用技術，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技術以及其在景觀照明中的應用前景。
關鍵詞：景觀照明、LED技術、新材料、光學設計、混光RDM技術
一、前言
景觀照明是指既有照明功能，又兼有藝術裝飾和美化環(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雜，對照明設計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，是利用固體半導體芯片作為發(fā)光材料，當兩端施加正向電壓時，半導體中的載流子發(fā)生復合，放出過剩的能量而引起光子發(fā)射產(chǎn)生可見光、遠紅外、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)光體接近點光源、便于二次光學設計、發(fā)光響應時間短、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)出一道獨特的風景。近年來伴隨著LED技術的不斷發(fā)展，帶動了很多其他相關技術的快速發(fā)展。
二、LED 半導體技術的發(fā)展
隨著科技的發(fā)展，LED半導體技術已被廣泛運動到各行各業(yè)，其應用領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技術最新發(fā)展動態(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LED：量子點 (QD) 使用納米技術制作，QD顆粒一般在2nm~12nm之間，量子點發(fā)光體由發(fā)光核、半導體殼、有機配位體組成，如發(fā)光核 cdse(硒化鎘) QD顆粒，其優(yōu)點是可發(fā)射可見光至紅外，發(fā)光穩(wěn)定，內(nèi)量子效率可達 90%，與LED結合產(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陣列擴散成“藍天”效果，或微黃色斑點模擬太陽光，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技術發(fā)展的一個方向。
1.塑包鋁
結合塑料以及鋁的散熱性能優(yōu)缺點之后，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)部則用鋁材進行導熱，這樣結合二者優(yōu)缺點之后，產(chǎn)品性能更佳，導熱性強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，同時滿足了不同的場所應用需求。
塑包鋁散熱相對于鋁材具有物美價廉的優(yōu)勢，成本得到降低，滿足市場需求，同時滿足商家的生產(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 來加強其硬度，因其導熱性能、強度高、密度小、耐腐蝕、可回收、導熱性好、防電磁輻諸多優(yōu)點而成為新型材料。鎂鋁合金應用于LED燈具中的殼體及散熱模組中，能夠快速散發(fā)LED燈具運作時產(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，減輕負荷，同時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用于LED燈具的導熱零件，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，造型設計靈活等特點，應用在LED燈具上可令系統(tǒng)成本降低30%。
4.二維半導體MX2材料
具有獨特的晶格結構和特性，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)吸收測量結果表明，MX2材料異質(zhì)結結構的電荷轉移時間在50飛秒以下，與有機光電材料的最快時間記錄相當。MX2具有卓越的電學和光學性能，且其大面積合成技術快速發(fā)展，有望在未來獲得光子和光電應用。這些二維半導體具有與石墨烯相同的六角“蜂窩”的結構和超高速電導率，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現(xiàn)更多更豐富絢麗的顏色，通過對紅(R)、綠(G)、藍(B)三個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實現(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°，從紅色開始按逆時針方向計算，紅色為0°，綠色為120°, 藍色為240°。它們的補色是: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物理量。即把某個黑體加熱到一個溫度，其發(fā)射的光的顏色與某個光源所發(fā)射的光的顏色相同時，這個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)色坐標為基準，對LED燈具的顏色進行精準控制。ccs技術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、色溫等數(shù)據(jù)進行采樣，通過顏色一致性算法進行校對補償，修正其偏差值，最終將準確的光色呈現(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，完善保存所有數(shù)據(jù)，作為LED燈具強有力的心臟，讓產(chǎn)品變現(xiàn)出獨有的藝術氣質(zhì)與魅力，成為設計師中的神筆，勾畫出更完美的景觀藝術圖。ccs智能色彩管理系統(tǒng)是硬件與軟件的完美結合，一項獨特跨時代的黑科技。
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)顏色的真實性，也就是顏色逼真的程度。一般認為物體在太陽光下的顏色為物體真實顏色，認為太陽光的顯色指數(shù)為100。顯色指數(shù)的測量是用標準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，選擇14種標準色樣(有時用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)的算術平均值。
(2)色質(zhì)指數(shù)(cQs)：顯色指數(shù)的標準色樣飽和度較低，顯色指數(shù)對高飽和顏色的色彩還原性不能準確的評價，提出色質(zhì)指數(shù)的概念，計算色質(zhì)指數(shù)的時候，選擇15種高飽和度的色樣，并且取值為15個特殊顯色指數(shù)的均方根值。
(3)tM-30-15 IEs 評價照明光源顯色性方法，采 用 99 個標準色，從 105000 個物體的顏色種仔細選取，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)。提出兩個指標保真指數(shù) Rf 和飽和度指數(shù) Rg。 Rf 用于表征各標準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 則代表各標準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的技術在景觀照明中的應用
RDM技術標準由 EstA 提出，經(jīng)AnsI認證的 RDM 協(xié)議 (基于DMX512鏈路實現(xiàn)的燈光設備遠程管理協(xié)議 )， 其主要作用是實現(xiàn)遠程設備管理，RDM協(xié)議的功能包括用電腦訪問遠程燈具信息、配置遠程燈具的各種參數(shù)、控制遠程燈具的各種功能、支持網(wǎng)絡升級燈具軟件。
總結
近年來，DMX512-RDM控制系統(tǒng)悄然進入LED景觀照明領域，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目中，在控制器與燈具之間采用RDM協(xié)議，而在聯(lián)動顯示方面采用了目前主流的MR-互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)動控制系統(tǒng)。MR-互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)動控制系統(tǒng)采用標準tcP/IP網(wǎng)絡協(xié)議，通過互聯(lián)網(wǎng)服務器的建設，構建總控端與多個節(jié)點端的通訊。通過人性化的總控端人機界面，進行視頻分隔、上傳下載，及互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)動同步等功能，并集成音視頻聯(lián)動同步的功能?；ヂ?lián)網(wǎng)+ RDM系統(tǒng)作為新型照明應用技術，會逐漸進入人們的視界，同時其技術自身也會在項目應用中不斷的完善與成熟，使景觀照明領域正逐漸往智能物聯(lián)網(wǎng)的方向深入發(fā)展。
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