LED灯饰在城照明中的应用

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LED灯饰在城照明中的应用

1 城市夜景照明的个性化

我国现代意义上的城市夜景照明始于改革开放后的上海，如今有了长足的进步，全国大中城市竞相在夜色中亮了起来。从美国卫星所拍摄的夜间地图上，可以看到我国尤其是东部地区的夜间亮化工程是卓有成就的。

然而，城市夜景照明发展过程中存在的问题也相当多。尽管新的材料、新的设备、新的手段层出不穷，比起改革开放前夜景照明几乎等同于“白炽灯勾勒轮廓”的情形，当然不可同日而语，但不可回避的事实是，全国各地城市的夜间面貌似乎大同小异，城市的文化个性就在这样的趋同过程中渐渐迷失了。

近年来，随着各地领导的逐渐重视及其眼界的逐渐开阔，随着广大照明工作者的不懈努力，城市夜景照明开始走出粗线条和手段单一的困境，向精雕细琢和个性化方向发展。本文从具体照明手段上提出一管之见。

2 LED概述

3 LED从标识到照明的演变

随着LED的亮度逐渐提高，光色逐渐丰富，显色性能逐渐改善，其应用也逐渐扩展到通用照明领域。

亮度：亮度指标一直是制约LED应用于通用照明领域的瓶颈。传统的LED单体光通量仅在0.5-2lm之间，而新近投入市场的产品则有单体光通量高达50lm，亮度高达9cd者。

光色：高亮度的红光（GaAs和GaAsP）和黄光（InAlGaP）发光二极管（LED）早已大量生产，长期来因缺少高亮度的蓝与绿光而难以呈现丰富的色彩。近年来以氮化镓（GaN）为代表的第三代半导体材料异军突起。GaN发光效率高，抗辐射性能和耐热性能极佳，强度和硬度高，并且耐酸性强，最适宜于制造短波长发光器件，发光波长范围包括绿、蓝、紫等多种波段，普遍用来制造蓝光和绿光LED。在蓝光LED技术的基础上制造成功的白光LED渐成新宠，有望成为照明领域的一支新军。

白光LED的出现开始了LED从标识功能向照明功能的实质性迈进。

白光LED的技术实现目前主要是以460nm波长的InGaN蓝光晶粒涂上一层YAG荧光物质，利用蓝光LED照射此一荧光物质以产生与蓝光互补的555nm波长黄光，再利用封装材料将其予以混合，产生近似的白光。另外，也可以通过RGB三基色LED的混光来模拟白光。

目前白光LED仍处于初期发展阶段，在使用寿命上仍待改进，但基本上没有白炽灯泡、荧光灯的缺点，价格过高是未能普及的主要原因。未来白光LED的应用市场将非常广泛，不过最被看好的市场以及最大的市场还是取代白炽钨丝灯泡及荧光灯。

显色：以InGaN+YAG所得的白色LED的显色指数可以达到70。而采用RGB混色方式取得的白光根据不同的混光比例其显色指数有很大差别,，同时，红色波长的漂移对显色指数的影响尤其明显。

4 LED在城市夜景照明中的应用形式串灯在我国城市夜景照明中占有极高的地位。建国以来的重点建筑尤其是中国古典建筑在其原始的夜景照明中都使用了串灯勾勒建筑轮廓的形式。在现代夜景照明设计和实践中，串灯依然是不可替代的一种形式。然而，采用传统的白炽灯勾勒轮廓存在几个致命的问题：

耗电大，寿命短，维护费用高。这种缺点在人工费用日趋昂贵的今天更加突出。采用LED来制作串灯时至今日已经可行。问题是，亮度够否？从物理参数来看，在可接受的造价范围内将LED串灯的光通总量做到与白炽灯一样还是困难的，但是，夜景照明中的串灯其功能主要是显示其自身的表面亮度而非照亮其他被照物，因而总光通量指标的重要性要让位于可见角度的有效亮度指标。不同于白炽灯的球形配光，LED作为光源本身就有配光特性，可以将光通量集中于需要的角度，在总光通量较低的情况下可以取得较高的有效亮度。另一方面，传统串灯为了取得彩色效果，只能加装滤色玻璃，这将使得实际光通量损耗至少超过50%。而LED的RGB三色混光几乎可以模拟任何色彩而不会损耗光通量。

目前市面上可见的串灯有两种形式。一种是采用5mm或3mm超高亮度LED的集群（RGB混色或单色），颜色和亮度的选择比较灵活，一种是一体化成品如LUMILEDS公司的LUXEON STAR，功率高达5W，相当于50只标准5mm管型LED。

5 LED与城市夜景照明的个性化

LED显示屏随着大规模集成电路和计算机技术的高速发展而迅速崛起。与传统的显示媒体――多彩霓虹灯、象素管电视墙、四色磁翻板相比较，具有亮度高，动态影像显示效果好，故障低，能耗少，使用寿命长，显示内容多样，显示方式丰富，性能价格比高等等优势。作为新一代的显示媒体，已广泛应用于现代化城市的公共场合，成为城市夜景一道靓丽的风景线。

城市夜景照明是一个庞大的工程，既需要动辄上千瓦的高强度气体放电灯来给城市的亮化定下基调，也需要LED这样色彩丰富灵活多变的照明手段来点缀。而最能体现个性的莫过于细节的雕琢和刻画。LED以其节能、可靠、光色丰富、形式多样等优点，必将在城市夜景照明中大显身手。地屏在现代都市的广场、公园等公共场所应用较多。目前比较多地采用了荧光灯灯箱，而LED以及场致发光屏的应用还不是很普遍。在实际应用中，灯光地屏通常都安装在人流较多的场所，地面装修也相当高级，频繁的维护是难以接受的。LED的工作寿命长，又可靠耐用，制作成灯具很薄，是名副其实的“屏”而不是“箱”。

6、标志

城市夜间的标志几乎是霓虹灯的天下。文学作品以及大量非行内人士都把霓虹灯作为城市夜景的代名词。然而霓虹灯的易损和非环保也是显而易见的。其经常性的超高亮度也成为城市光污染的重要来源之一。LED的“家庭成分”既是指示灯，对各种标志自然得心应手。其丰富的色彩搭配和灵活的排列组合以及足够的表面亮度恰恰是夜间标志所需的几个基本要素。地灯在城市夜景照明中应用极为广泛。其功能有二：其一，照明；其二，指示。LED地灯目前也可以实现照明功能（如LUXEON FLOOD工作电流高达1050mA，光通量高达790lm），但主要还是应用于指示性照明，如方向指示、步道指示、车道指示等等。地灯一般安装在人们容易接触到的位置，由于密封好，普通光源产生的热量不容易散发，灯具表面温度足以对儿童造成伤害。采用LED则可以有效避免发生意外。图6为ERCO的LED地埋灯。

传统的线灯主要是美耐灯，新兴的线灯有光纤、冷阴极管、霓线灯（NEONTRIM）、导光管等等。与串灯类似，线灯也是主要注重灯具本身的亮度和色彩，无需其照亮他物。LED最适合于这种场合。

美耐灯的光源是微型钨丝灯，除了白炽灯固有的缺点之外，由于钨丝灯的大量热量使得美耐灯在点亮时的温度大大提高，严重的热胀冷缩导致线条不平直，甚至脱落，制约了其在夜景照明尤其是高档场合的应用。而LED属于冷光源，体积又小，极其适合制作成线条灯具。

光纤是一种现代化的线灯，但是除了造价高之外，它还有一个无法克服的弱点：基于其端对端传输的原理，在一个传输线段内亮度不均匀。而冷阴极管由于工作在高压状态，安全隐患较大。采用LED作为光源，能够彻底解决这些问题。

LED（Light-Emitting-Diode）是一种能够将电能转化为可见光的半导体。作为一种指示灯，在我们日常生活的电器中随处可见，极为普通也广为人知。其特点如下：

1、效率高：按照通常的光效定义，LED的发光效率并不高（一般10-30lm/W，目前已知光效最高的橙红色LED光效可以达到55lm/W），但由于LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，效率可以达到80-90%，而光效差不多的白炽灯其可见光效率仅为10-20%。

2、光线质量高：由于光谱中没有紫外线和红外线，故没有热量，没有辐射，LED属于典型的绿色照明光源。

3、光色纯：与白炽灯全频段光谱不同，典型的LED光谱狭窄，发出的光线很纯。

4、能耗小：单体LED的功率一般在0.05-1W，通过集群方式可以量体裁衣地满足不同的需要，浪费很少。尤其是需要彩色光的时候，采用白光经过滤色的方式大费周折并且浪费能源，而LED固有的彩色却是得天独厚。

5、寿命长：光通量衰减到70%的标称寿命10万小时。实际上几乎无限。

6、可靠耐用：没有钨丝、玻壳等等容易损坏的部件，非正常报废的可能性很小，维护费用极为低廉。

7、应用灵活：体积小，可平面封装易开发成轻薄短小产品，做成点、线、面各种形式的具体应用产品。

8、安全：单体工作电压大致在1.5~5V之间，工作电流在20~70mA之间。

9、响应时间短：适合于频繁开关以及高频运作的场合。

10、绿色环保：废弃物可回收，没有污染；不像荧光灯含有汞成分。

11、控制灵活：通过调整电流可以调光，不同光色的组合可以调色，加上时序控制电路 可以达到多样的动态变化效果。

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