ＬＥＤ光源在城市景觀照明中的應(yīng)用

任福學(xué)

摘要：城市照明是一門(mén)科學(xué)，是一種文化，是一項(xiàng)藝術(shù)。城市照明體現(xiàn)一個(gè)城市的形象，代表一個(gè)城市的文化，反映一個(gè)城市的科學(xué)管理，是一項(xiàng)社會(huì)系統(tǒng)工程，管理好城市照明工作，為人民造福，促進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展，是各級(jí)城市建設(shè)主管部門(mén)不可推卸的社會(huì)責(zé)任。

關(guān)鍵詞：LED；照明

自從1879年美國(guó)科學(xué)家愛(ài)迪生發(fā)明白熾燈，給人類(lèi)帶來(lái)夜間光明以來(lái)，照明技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)歷了125年，我國(guó)使用電燈的歷史也有122年。照明發(fā)展到今天，已經(jīng)不只是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的滿(mǎn)足人類(lèi)基本生活需要的技術(shù)，而是改善人民生活，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)文化發(fā)展的物質(zhì)條件，是城市文明進(jìn)步和現(xiàn)代化建設(shè)的象征。

LED（Light Emitting Diode）又稱(chēng)發(fā)光二極管，它是利用固體半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料，當(dāng)兩端加上正向電壓，半導(dǎo)體中載流子發(fā)生復(fù)合，放出過(guò)剩能量而引起光子發(fā)射產(chǎn)生可見(jiàn)光。LED固態(tài)照明帶來(lái)的第三次照明領(lǐng)域的革命，將成為最有效的節(jié)能和環(huán)保手段，將通過(guò)改善人類(lèi)生存環(huán)境、發(fā)展照明的新概念和新模式來(lái)改善和提高人類(lèi)的生活質(zhì)量。

2003年6 月，在照明領(lǐng)域，我國(guó)由科技部在“863”計(jì)劃的支持下，及時(shí)啟動(dòng)了“國(guó)家半導(dǎo)體照明工程”。2004年4 月，科技部確定工作重點(diǎn)——發(fā)展新型照明行業(yè)，并確定福建廈門(mén)、 上海、 大連和江西南昌為首批四個(gè)國(guó)家半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)基地。通過(guò)“863” 計(jì)劃等科技計(jì)劃的支持，我國(guó)已經(jīng)初步形成從外延片生產(chǎn)、 芯片制備到器件封裝集成應(yīng)用的比較完整的產(chǎn)業(yè)鏈。中國(guó)科學(xué)院院士鄭有在中國(guó)（南昌）半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇上指出， 作為新型照明技術(shù)，LED 以其應(yīng)用靈活、綠色環(huán)保、調(diào)節(jié)方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，將引發(fā)一次照明領(lǐng)域的革命。

半導(dǎo)體照明應(yīng)用于城市景觀照明的優(yōu)特點(diǎn)：

1 效率高：LED發(fā)光效率并不高，但LED的光譜幾乎全部集中于可見(jiàn)光頻段。而且單色性好，無(wú)需過(guò)濾可直接發(fā)出有色可見(jiàn)光，光色很純。光效差不多的白熾燈可見(jiàn)光效率僅為10%-20% ；

2 能耗少：LED功率一般在0.03-1w，通過(guò)集群方式可以滿(mǎn)足各種造型的需要，由于其光譜中無(wú)紫外線(xiàn)，故無(wú)熱量，無(wú)輻射損失。需要彩色光時(shí)其固有的色彩又避免了白光經(jīng)過(guò)濾色的費(fèi)時(shí)費(fèi)力和耗能。不會(huì)形成光污染，是真正的綠色光源；

2.1 安全可靠：LED單體工作電壓1.5-5V 之間，工作電流2-70mA 之間，人體接觸無(wú)危險(xiǎn)。燈體環(huán)氧樹(shù)脂封裝，抗機(jī)械沖擊、 震動(dòng)能力較強(qiáng)且無(wú)汞、鈉等有害物質(zhì)，可回收。

3 方便管理：LED光源由于有上述特點(diǎn)，可以集中控制和分散控制或?qū)c(diǎn)進(jìn)行可調(diào)節(jié)性控制等多種方式。通過(guò)控制電流調(diào)光， 不同光色組合以調(diào)色，加上控制電路以達(dá)到多種動(dòng)態(tài)變化效果。其長(zhǎng)達(dá)10萬(wàn)小時(shí)以上的壽命更是減少了城市景觀照明的維護(hù)工作量。

4 社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益：與傳統(tǒng)的照明工具相比，LED照明產(chǎn)品， 尤其是氮化鎵基白光 LED照明光源體積小、重量輕、方向性好并可耐各種惡劣條件，在功耗、壽命以及環(huán)保等方面均有不可比擬的優(yōu)越性，足以對(duì)傳統(tǒng)光源市場(chǎng)造成巨大沖擊。隨著第三代半導(dǎo)體材料氮化鎵的突破和藍(lán)、綠、白光LED 的問(wèn)世，LED照明工具將逐步替代白熾燈和熒光燈，成為照明行業(yè)的主流產(chǎn)品。LED照明產(chǎn)業(yè)難度和風(fēng)險(xiǎn)都大大低于微電子產(chǎn)業(yè)， 能夠發(fā)揮我國(guó)的比較優(yōu)勢(shì)。特別是位于產(chǎn)業(yè)鏈下游的芯片封裝和照明系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，既是一個(gè)技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，又是一個(gè)勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，能夠充分發(fā)揮我國(guó)人力資源帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)。我國(guó)目前每年用于照明的電力接近2500億度，其中若能有1/3采用半導(dǎo)體照明，每年就可節(jié)電80億度左右，基本上相當(dāng)于三峽電站的年發(fā)電量。

原科技部有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)提出， 要以2008年北京奧運(yùn)和2010年上海世博會(huì)的契機(jī)，推動(dòng)半導(dǎo)體在城市景觀照明的應(yīng)用。半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)化具有重大的社會(huì)效益， 同時(shí)具有刻不容緩的緊迫感和必要性。作為照明設(shè)施管理部門(mén)，我們配合市政府改造城市，美化亮化的同時(shí)配合國(guó)家半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)基地的建設(shè)， 較早地發(fā)展和推廣了半導(dǎo)體產(chǎn)品在城市景觀照明中的應(yīng)用。部分光環(huán)境科技發(fā)展公司把燈光與具有文化內(nèi)涵，地域特色的雕塑有機(jī)結(jié)合起來(lái)，形成一種獨(dú)特的城市燈光藝術(shù)“燈光雕塑”。它采用有機(jī)半透板，透體玻璃鋼等作框架，集群LED燈做主光源，利用微電腦控制等技術(shù)使作品絢爛多彩、變幻迷人，成為城市夜景照明的點(diǎn)睛之作。

經(jīng)過(guò)10多年的努力，大慶市在半導(dǎo)體發(fā)光材料與器件科研和產(chǎn)業(yè)化取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，在產(chǎn)業(yè)、研發(fā)和人才方面具備一定優(yōu)勢(shì)，在國(guó)內(nèi)占有重要地位。其上游外延材料、中游芯片制造、下游器件封裝及應(yīng)用產(chǎn)品等均實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化生產(chǎn)， 品種涵蓋了紅外、 紅光、橙光、黃光、綠光、藍(lán)光、白光LED 等產(chǎn)品，具備了進(jìn)一步大規(guī)模生產(chǎn)和向高檔產(chǎn)品發(fā)展的基礎(chǔ)。其中江西聯(lián)創(chuàng)公司的上游和中游產(chǎn)品規(guī)模為中國(guó)大陸最大企業(yè)， 南昌大學(xué)在半導(dǎo)體發(fā)光材料科研方面亦處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位。近期，科技部在全國(guó)范圍內(nèi)進(jìn)行了調(diào)研論證， 江西位列全國(guó)四個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光材料與器件產(chǎn)業(yè)鏈相對(duì)完整的產(chǎn)業(yè)區(qū)域之一。

于是2004年底我們又和江西聯(lián)創(chuàng)光電科技股份有限公司合作，高起點(diǎn)、前瞻性的在南昌玉帶河的景觀照明工程中大面積推廣采用了LED照明。

大慶市黎明河原名東二排污干渠，是五十年代人工開(kāi)挖而成的。2000年開(kāi)始大慶市政府斥巨資進(jìn)行綜合改造，黎明河除了排水功能外還具備了景觀功能。其間中國(guó)園林藝術(shù)于西方園林造景相互融合，濱水步道、親水平臺(tái)、休閑綠地、景觀林木，水景交織成為人們觀光休憩的又一場(chǎng)所。而且黎明河如穿城項(xiàng)鏈把大慶城內(nèi)的薩北湖、北湖、蘭德湖、濱洲湖、黎明湖、三永湖等水貫通激活。2002年黎明河全面實(shí)行亮化，讓夜晚的黎明河如銀河落波，重塑了城市的水景環(huán)境。黎明河亮化設(shè)計(jì)注重傳統(tǒng)與現(xiàn)代相結(jié)合，選用“綠色照明”方式，以白色為主基調(diào)，兩岸交叉五層次布燈。在燈光的引導(dǎo)下讓游人有移步易景的感覺(jué)。LED燈主要用應(yīng)用于沿河輪廓，8座橋梁亮化，兩隧道裝點(diǎn)，采用“一段一光色，一橋一景觀、一隧道一特色的”方式布局。在以白色為主光色的基調(diào)下，通過(guò) LED燈的串燈，線(xiàn)燈，組群等方式，利用半導(dǎo)體光源本身具有的配光特性變幻出“漢瓦流光”，“夢(mèng)入江南”，“斜陽(yáng)煙明”，“玉帶映象”等燈光主題。形成“共享性，開(kāi)放性，人文性，藝術(shù)性”的沿河空間，激活了景觀資源，提升了水岸區(qū)域價(jià)值。

但同時(shí)我們看到目前LED的價(jià)格普遍高于普通白熾燈和熒光燈，而且大功率型 LED器件獲得高光通量的最大障礙依舊是芯片的取光方式和高發(fā)光效率封裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。這些都尚需要研究單位和生產(chǎn)廠家靠規(guī)模生產(chǎn)來(lái)降低成本和技術(shù)創(chuàng)新來(lái)解決。目前半導(dǎo)體發(fā)光技術(shù)的瓶頸似乎都集中在芯片制造和器件封裝上，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，新材料的開(kāi)發(fā)是重中之重。半導(dǎo)體照明走向普及雖然不是件遙遠(yuǎn)的事情，樂(lè)觀者認(rèn)為是5年，不樂(lè)觀者認(rèn)為15 年。但我們近期的發(fā)展目標(biāo)應(yīng)該是特種照明，如景觀照明、裝飾燈等領(lǐng)域。作為城市照明設(shè)計(jì)和管理部門(mén)，我們?cè)傅谒拇庠础雽?dǎo)體（LED），能早日成為我們城市景觀照明的主流產(chǎn)品，并早日取代路燈建設(shè)和維護(hù)中大功率的高壓鈉燈、高壓汞燈、金鹵燈等光源，為大家的夜晚添光增輝。

結(jié)束語(yǔ)

人類(lèi)對(duì)于色彩的心理反應(yīng)，是相當(dāng)復(fù)雜的。在照明設(shè)計(jì)的過(guò)程中，對(duì)色彩的三個(gè)基本方面，即色相、明度、彩度三個(gè)方面，應(yīng)結(jié)合起來(lái)，綜合考慮總體的照明色彩效果。此外，本文更多的是討論了色彩心理的共性，沒(méi)有涉及到不同文化背景下的不同色彩心理效應(yīng)。其實(shí)不同的文化背景，對(duì)色彩的感知是存在很大差異的，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中也應(yīng)該具體問(wèn)題具體分析，避免使用一些尷尬的色彩。