ＬＥＤ光源在城市景观照明中的应用

    任福学

    摘要：城市照明是一门科学，是一种文化，是一项艺术。城市照明体现一个城市的形象，代表一个城市的文化，反映一个城市的科学管理，是一项社会系统工程，管理好城市照明工作，为人民造福，促进城市可持续发展，是各级城市建设主管部门不可推卸的社会责任。

    关键词：LED；照明

    自从1879年美国科学家爱迪生发明白炽灯，给人类带来夜间光明以来，照明技术的发展已经历了125年，我国使用电灯的历史也有122年。照明发展到今天，已经不只是一项简单的满足人类基本生活需要的技术，而是改善人民生活，推动经济社会文化发展的物质条件，是城市文明进步和现代化建设的象征。

    LED（Light Emitting Diode）又称发光二极管，它是利用固体半导体芯片作为发光材料，当两端加上正向电压，半导体中载流子发生复合，放出过剩能量而引起光子发射产生可见光。LED固态照明带来的第三次照明领域的革命，将成为最有效的节能和环保手段，将通过改善人类生存环境、发展照明的新概念和新模式来改善和提高人类的生活质量。

    2003年6 月，在照明领域，我国由科技部在“863”计划的支持下，及时启动了“国家半导体照明工程”。2004年4 月，科技部确定工作重点——发展新型照明行业，并确定福建厦门、 上海、 大连和江西南昌为首批四个国家半导体照明产业基地。通过“863” 计划等科技计划的支持，我国已经初步形成从外延片生产、 芯片制备到器件封装集成应用的比较完整的产业链。中国科学院院士郑有在中国（南昌）半导体照明产业发展论坛上指出， 作为新型照明技术，LED 以其应用灵活、绿色环保、调节方便等诸多优点，将引发一次照明领域的革命。

    半导体照明应用于城市景观照明的优特点：

    1 效率高：LED发光效率并不高，但LED的光谱几乎全部集中于可见光频段。而且单色性好，无需过滤可直接发出有色可见光，光色很纯。光效差不多的白炽灯可见光效率仅为10%-20% ；

    2 能耗少：LED功率一般在0.03-1w，通过集群方式可以满足各种造型的需要，由于其光谱中无紫外线，故无热量，无辐射损失。需要彩色光时其固有的色彩又避免了白光经过滤色的费时费力和耗能。不会形成光污染，是真正的绿色光源；

    2.1 安全可靠：LED单体工作电压1.5-5V 之间，工作电流2-70mA 之间，人体接触无危险。灯体环氧树脂封装，抗机械冲击、 震动能力较强且无汞、钠等有害物质，可回收。

    3 方便管理：LED光源由于有上述特点，可以集中控制和分散控制或对点进行可调节性控制等多种方式。通过控制电流调光， 不同光色组合以调色，加上控制电路以达到多种动态变化效果。其长达10万小时以上的寿命更是减少了城市景观照明的维护工作量。

    4 社会经济效益：与传统的照明工具相比，LED照明产品， 尤其是氮化镓基白光 LED照明光源体积小、重量轻、方向性好并可耐各种恶劣条件，在功耗、寿命以及环保等方面均有不可比拟的优越性，足以对传统光源市场造成巨大冲击。随着第三代半导体材料氮化镓的突破和蓝、绿、白光LED 的问世，LED照明工具将逐步替代白炽灯和荧光灯，成为照明行业的主流产品。LED照明产业难度和风险都大大低于微电子产业， 能够发挥我国的比较优势。特别是位于产业链下游的芯片封装和照明系统产业，既是一个技术密集型产业，又是一个劳动密集型产业，能够充分发挥我国人力资源带动相关产业。我国目前每年用于照明的电力接近2500亿度，其中若能有1/3采用半导体照明，每年就可节电80亿度左右，基本上相当于三峡电站的年发电量。

    原科技部有关领导提出， 要以2008年北京奥运和2010年上海世博会的契机，推动半导体在城市景观照明的应用。半导体照明产业化具有重大的社会效益， 同时具有刻不容缓的紧迫感和必要性。作为照明设施管理部门，我们配合市政府改造城市，美化亮化的同时配合国家半导体产业基地的建设， 较早地发展和推广了半导体产品在城市景观照明中的应用。部分光环境科技发展公司把灯光与具有文化内涵，地域特色的雕塑有机结合起来，形成一种独特的城市灯光艺术“灯光雕塑”。它采用有机半透板，透体玻璃钢等作框架，集群LED灯做主光源，利用微电脑控制等技术使作品绚烂多彩、变幻迷人，成为城市夜景照明的点睛之作。

    经过10多年的努力，大庆市在半导体发光材料与器件科研和产业化取得了长足进步，在产业、研发和人才方面具备一定优势，在国内占有重要地位。其上游外延材料、中游芯片制造、下游器件封装及应用产品等均实现了规模化生产， 品种涵盖了红外、 红光、橙光、黄光、绿光、蓝光、白光LED 等产品，具备了进一步大规模生产和向高档产品发展的基础。其中江西联创公司的上游和中游产品规模为中国大陆最大企业， 南昌大学在半导体发光材料科研方面亦处于国内领先地位。近期，科技部在全国范围内进行了调研论证， 江西位列全国四个半导体发光材料与器件产业链相对完整的产业区域之一。

    于是2004年底我们又和江西联创光电科技股份有限公司合作，高起点、前瞻性的在南昌玉带河的景观照明工程中大面积推广采用了LED照明。

    大庆市黎明河原名东二排污干渠，是五十年代人工开挖而成的。2000年开始大庆市政府斥巨资进行综合改造，黎明河除了排水功能外还具备了景观功能。其间中国园林艺术于西方园林造景相互融合，滨水步道、亲水平台、休闲绿地、景观林木，水景交织成为人们观光休憩的又一场所。而且黎明河如穿城项链把大庆城内的萨北湖、北湖、兰德湖、滨洲湖、黎明湖、三永湖等水贯通激活。2002年黎明河全面实行亮化，让夜晚的黎明河如银河落波，重塑了城市的水景环境。黎明河亮化设计注重传统与现代相结合，选用“绿色照明”方式，以白色为主基调，两岸交叉五层次布灯。在灯光的引导下让游人有移步易景的感觉。LED灯主要用应用于沿河轮廓，8座桥梁亮化，两隧道装点，采用“一段一光色，一桥一景观、一隧道一特色的”方式布局。在以白色为主光色的基调下，通过 LED灯的串灯，线灯，组群等方式，利用半导体光源本身具有的配光特性变幻出“汉瓦流光”，“梦入江南”，“斜阳烟明”，“玉带映象”等灯光主题。形成“共享性，开放性，人文性，艺术性”的沿河空间，激活了景观资源，提升了水岸区域价值。

    但同时我们看到目前LED的价格普遍高于普通白炽灯和荧光灯，而且大功率型 LED器件获得高光通量的最大障碍依旧是芯片的取光方式和高发光效率封装结构的设计。这些都尚需要研究单位和生产厂家靠规模生产来降低成本和技术创新来解决。目前半导体发光技术的瓶颈似乎都集中在芯片制造和器件封装上，但从长远来看，新材料的开发是重中之重。半导体照明走向普及虽然不是件遥远的事情，乐观者认为是5年，不乐观者认为15 年。但我们近期的发展目标应该是特种照明，如景观照明、装饰灯等领域。作为城市照明设计和管理部门，我们愿第四代光源——半导体（LED），能早日成为我们城市景观照明的主流产品，并早日取代路灯建设和维护中大功率的高压钠灯、高压汞灯、金卤灯等光源，为大家的夜晚添光增辉。

    结束语

    人类对于色彩的心理反应，是相当复杂的。在照明设计的过程中，对色彩的三个基本方面，即色相、明度、彩度三个方面，应结合起来，综合考虑总体的照明色彩效果。此外，本文更多的是讨论了色彩心理的共性，没有涉及到不同文化背景下的不同色彩心理效应。其实不同的文化背景，对色彩的感知是存在很大差异的，在设计的过程中也应该具体问题具体分析，避免使用一些尴尬的色彩。