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摘 要: 本文通过 LED 光源在城市景观灯光工程中的应用实践,探讨了用 LED 光源取代传统光源的实例与发展趋势,同时从工作的过程中,归纳出一些心得和体会和大家一起来研究。如何提高 LED 的应用水平,让 LED 光源在城市景观灯光中扮演主角?期待 LED 行业的同仁共同协商,共同攻关,共同赢得 LED 光源在城市景观灯光领域大放异彩的那一天。

城市景观灯光 --LED 光源的机遇与挑战

    随着我国经济的持续发展和人民物质生活质量的提高,人们对于居住的城市的环境要求越来越高, “ 白天需要绿色,晚上需要灯光 ” 。尤其是城市夜晚的景观灯光,已成为一个重要的部分。已从早期的简单照明正在演变为城市夜晚的景观照明。这就是说,城市灯光正在从照明向着多姿态多彩的动态效果演变,灯光的亮丽与否,已成为城市夜晚一道靓丽风景线。如一幢大楼,就是一处景观,就有泛光照明、内透照明以及轮廓照明之分。

    城市景观灯光这一时代特征,极大地刺激着照明工业,人们在不遗余力寻找高效节能,长寿命低维护,环保型无污染,多色彩的新颖光源,来取代传统的白炽灯和充气光源。这就给 LED 光源带来机遇, LED 作为半导体固体 “ 冷 ” 光源,正好符合上述要求,以勾画城市建筑物线条轮廓的线光源 -- 光柱为例,它比用传统光源可以节省电能 5 ~ 8 倍,寿命则可提高 10 ~ 20 倍,也不会产生污染物质。近年来 LED 光柱已逐步被景观灯光工程所采用。

    LED 光源在这一时代机遇下,可以一显身手,但是要真正取代传统光源, LED 行业还须接受性价比的挑战,如何提供在亮度、色彩、可靠稳定,价格可被接受的产品,是需要 LED 行业从芯片到器件到灯具成品共同努力去接受挑战的。   

城市景观灯光工程 -- 应用 LED 光源的初涉

    景观灯光在某种意义上,它可以体现一座城市,一条街区或一幢建筑或一条道路的夜晚特征。就一般城市而言,它所采用光源的基本要求为: “ 变、亮、跳、省、长 ” 的效果。

    1.“ 变 ”
    “ 变 ” ,就是要求所用的光源,可以按照预定要求,在色彩,在亮度,在灯光因素配置等各方面加以变化。以一幢建筑物勾画的轮廓灯 -- 光柱为例,用 LED 光源可利用红、绿、蓝三基色原理,在微处理器控制下可以按不同模式加以变化,例如水波纹式连续变色或定时色彩变化等,形成夜晚的高楼大厦其轮廓多姿百态的效果。在城市街道或绿地中,用草坪灯、地埋灯、庭院灯等各种不同造型不同功能的 LED 光源,可以将它形成色彩绚丽的灯光幻影。这种 “ 多色彩,多亮点,多图案 ” 的变化,正好显现了 LED 光源的特色。

    2.“ 亮 ”
    “ 亮 ” ,灯光色彩要亮丽动人。 LED 光源,由于其不受空间的限制,因而可以 “ 积木 ” 式地任意拼装不同亮度,不同色彩(不同波长)的光源,因而可以构成接近自然的 “ 赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫 ” 的七彩灯光。用 LED 光源设计制作的大屏幕墙, LED 灯镶嵌在整个大楼墙面上,起到 “ 想象之中,意料之外 ” 独特的视觉效果。

    3.“ 跳 ”
    “跳”,其灯光让人感觉 “ 耳目一新 ” 。用 LED 光源,可以较为方便地制成流水般跑动和奔放跳跃的动态光源,很适合用在横跨路面的立交桥上和大面积草坪的周边环境上。众所周知, LED 的接通与断开的时间以微秒计,因此是传统光源无法比拟的,用了 LED 光源构成的跑跳式灯光,可以让人感到心旷神怡,激情荡漾,可充分体现灯光动态效果。

    4.“ 省 ”
    “ 省 ” ,即为省电,也就是灯光光源的长期使用的能源成本。作为 LED 光源,与白炽灯相比,其节能是显而易见的,这是它的优点所在,这里就不再赘述。

    5.“ 长 ”
    “ 长 ” ,就是使用寿命和维修更换的频率。 LED 光源有人称它谓长寿灯,意为永不熄灭的灯。作固体发光器件,其理论寿命在 5 ~ 10 万小时,其使用寿命远比传统光源要长,因此在一些不易更换维护的场合使用,其维护成本可大为降低。当然,作为一个灯具,其寿命还受到诸如装配工艺、辅助材料、其它电子元器件等影响与制约。即使如此,在筛远了早期失效器件后,其使用寿命远比其它光源为长。

城市景观灯光 --LED 光源实践中的若干问题

    在 LED 光源的产品中,大多数产品,例如光柱、草坪灯、地埋灯、装饰灯等,均是用市电供电,这就要求在这些灯具中设置 AC-DC 转换电路,以适应 LED 电流驱动的特征。以光柱为例,为便于建筑上的安装与设置,需要在数十米长光柱间相互对接而只能用一个电源接入点,因此每根光柱内要设置一个既能独立工作又能相互对接的独立电源。这个电源既要有一定的供 LED 所需的接近恒流的正向电流输出,又要有较高的变换效率,否则就会失去 LED 节能的优点,另外成本低也十分重要,选择的途径有开关电源、高频电源、电容降压后整流电源等多种,根据电流稳定性,瞬态过冲以及安全性、可靠性的不同要求作不同选择。我们制作了可以放置在 E-27 标准灯头内的高频电源和开关电源,使 LED 的供电十分安全可靠,电源效率达 90% ,一个内置这类电源的 LED 灯具,可以适应交流 85V ~ 240V 的工作电压范围而灯内 LED 的电流基本不变。电源是影响 LED 光源可靠性和适应性的一个重要组成部分必须作重要考虑。

    LED 光源产品另一个重要考虑因素是 LED 器件的可靠性评述,作为半导体器件, LED 的失效模式研究对评估 LED 光源的寿命十分重要。我们认为 LED 器件同样符合 “ 浴盆曲线 ” 这一失效规律,因此如何筛选早期失效器件 -- 即 “ 加速 ” 寿命试验方法的研究显得尤为重要。

    随着 LED 光源的被广泛采用,目前现有的芯片的封装方式已不能适应灯具制造的需要,不仅如此,目前 LED 芯片的尺寸也正在向大面积化发展,大功率 LED 器件的出现已迫在眉睫,因此对芯片的版图设计、芯片的热分布研究势在必行,对于封装企业则要解决低热电阻支架以及支架材料的导热不导电的特性研究,这也需行业协同来加以发展。提高 LED 发光效率,改善散热特性,是 LED 光源发展中必须解决的问题之一,与此同时,在行业协同下开展 LED 可靠性研究,规范器件老化筛选标准,是解决 LED 光源在应用中遇到的一些问题的有效途径之一。

    深入探索上述问题,对提高 LED 器件应用水平,促使 LED 光源能逐步取代传统光源的进程加快的当务之急。只有全行业共同协同,从外延片的生长 -- 芯片设计制造 -- 器件封装 -- 成品应用等各方面共同努力, LED 光源城市景观灯光和进入千家万刻取代传统光源也就为期不远了。