LED光源在景觀照明中的應(yīng)用

LED(Light Emitting Diode）又稱發(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，放出過剩能量而引起光子發(fā)射產(chǎn)生可見光。LED固態(tài)照明帶來的第三次照明領(lǐng)域的革命，將成為最有效的節(jié)能和環(huán)保手段，將通過改善人類生存環(huán)境、發(fā)展照明的新概念和新模式來改善和提高人類的生活質(zhì)量。

2003年6月，我國(guó)由科技部在“863”計(jì)劃的支持下，在照明領(lǐng)域及時(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、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“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、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)院院士鄭有最近在中國(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。

一、LED應(yīng)用城市景觀照明的優(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光頻段，光效率在65%左右，而且單色性好，無需過濾可直接發(fā)出有色可見光，光線很純。而白熾燈可見光效率僅為10～20%；

2、能耗少：LED功率一般在0.03～1w，通過集群方式可以滿足各種造型的需要，由于其光譜中無紫外線，故無熱量，無輻射損失。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；

3、安全可靠：LED單體工作電壓1.5～5V之間，工作電流20～70mA之間，人體接觸無危險(xiǎn)。燈體環(huán)氧樹脂封裝，抗機(jī)械沖擊、震動(dòng)能力較強(qiáng)且無汞、鈉等有害物質(zhì)，可回收；

4、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)10萬小時(shí)以上的壽命更是減少了城市景觀亮化的維護(hù)工作量；

5、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的問世，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800億度左右，基本上相當(dāng)于三峽電站的年發(fā)電量。

二、LED光源在南昌市景觀照明中的應(yīng)用

科技部有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)提出，要以2008年北京奧運(yùn)年和2010年上海世博會(huì)為契機(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。南昌市近年來快速在中部?jī)?nèi)陸城市中崛起。作為照明管理部門，我們?cè)谂浜细脑斐鞘小⒚阑粱耐瑫r(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。

2001年我們首次會(huì)同大連科技發(fā)展有限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，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)研發(fā)制作了“青山湖明珠”、“巨型溫度計(jì)”。2002～2004年陸續(xù)在南昌體育公園、象湖、青山湖、滕王閣等地制作安裝了“展翅高飛”、“珍珠燈”、“一網(wǎng)情深”、“蒼穹”、“天外來客”、“二龍戲珠”等等燈光雕塑，其主光源基本采用半導(dǎo)體。絢爛的色彩，變幻的燈光讓南昌城的夜景更加迷人，也使南昌成為全國(guó)城市亮化中獨(dú)具特色的“燈雕之城”，讓原來枯燥的亮化成為“白天是雕塑，是景點(diǎn)；晚上是燈飾，是亮點(diǎn)”。“燈光雕塑”憑借半導(dǎo)體照明的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，成為城市夜景照明的點(diǎn)睛之作。

經(jīng)過20多年的努力，南昌在半導(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)?；a(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。

2004年底我們和聯(lián)創(chuàng)公司合作，高起點(diǎn)、前瞻性的在南昌玉帶河的景觀照明中大面積推廣采用了LED照明。

南昌玉帶河原名城南排漬道，是五十年代人工開挖而成的，全長(zhǎng)12.2公里，為樹狀明渠，共分干渠、西支、東支和中支。近年來由于河道堵塞、排水不暢，成為城區(qū)的“龍須溝”。2000年開始南昌市政府斥巨資進(jìn)行綜合改造，玉帶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)與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。而且玉帶河如穿城項(xiàng)鏈把南昌城內(nèi)的青山湖、象湖、東湖、西湖、撫河等湖水貫通激活。2004年玉帶河全面實(shí)行亮化，讓夜晚的玉帶河如銀河落波，重塑了城市的水景環(huán)境。我們對(duì)玉帶河亮化設(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。LED燈主要應(yīng)用于沿河輪廓、14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LED燈的串燈、線燈、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。

三、結(jié)論

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器件獲得高通量最大障礙依舊是芯片的取光方式和高出光效率封裝結(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)來降低成本和技術(shù)創(chuàng)新來解決。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)來看，新材料的開發(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，樂觀者認(rèn)為是5年，不樂觀者認(rèn)為是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，我們?cè)赴雽?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，為城市的夜晚添光增輝。