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    探索新 技术在景观照明上的应用

    来源:www. 发布时间:2019-06-19 返回

         摘要:本文介 绍了景观照明中LED技术的最新发展动态,以及介绍了LED相关新材料的应用。本文重点阐述了LED色彩管 理系统相关的原理与实际应用技术,比如 RGB 混色系统,HsIc颜色系统,ccs智能色彩管理系统,光源显色性等等。最后,本文介绍了RDM技术以 及其在景观照明中的应用前景。

         关键词:景观照明、LED技术、新材料、光学设计、混光RDM技术

         一、前言

         景观照 明是指既有照明功能,又兼有 艺术装饰和美化环境功能的户外照明工程。景观照 明可分为园林广场景观照明、道路景观照明、建筑景观照明、文化旅游景观照明。景观照 明通常涵盖范围广、门类多,需要整体规划性思考,景观照明手法多样,照明灯 具的选择也复杂,对照明 设计师的整体能力要求较高。

         LED 因其节能环保、易于控 制等优势替代传统照明产品是大势所趋。LED应用中 的智慧照明系统融合了监测、通讯、指示、照明等功能,未来将 在各类城市景观照明管理中发挥重要作用。

         LED(Light Emitting Diode),又称发光二极管,是利用 固体半导体芯片作为发光材料,当两端 施加正向电压时,半导体 中的载流子发生复合,放出过 剩的能量而引起光子发射产生可见光、远红外、近红外光,在景观 照明工程中充分利用了 LED的可见光。

    LED光源凭 借其发光体接近点光源、便于二次光学设计、发光响应时间短、易于做成小体积灯具、节省安 装空间等特性将景观特有的形态和空间内涵以多种方式展现出一道独特的风景。近年来伴随着LED技术的不断发展,带动了 很多其他相关技术的快速发展。

         二、LED 半导体技术的发展

         随着科技的发展,LED半导体 技术已被广泛运动到各行各业,其应用 领域主要集中在信号指示、智能显示、汽车灯具、景观照 明和特殊照明等,以下为LED技术最新发展动态:

         1、纳米线型LED:波尔研 究所研究纳米线型LED, 其纳米线的核是Gan材料,长度约2微米,直径约 10 ~ 500纳米,外围材料是InGan。二极管 中的光是由两种材料间的机械张力决定的,这种纳 米线是可以使用更少的能量提供更高的亮度,更节能。

         2、量子点LED:量子点 (QD) 使用纳米技术制作,QD颗粒一般在2nm~12nm之间,量子点 发光体由发光核、半导体壳、有机配位体组成,如发光核 cdse(硒化镉) QD颗粒,其优点 是可发射可见光至红外,发光稳定,内量子效率可达 90%,与LED结合产生色彩丰富、十分明亮的暖白光。

         3、接近太阳光的LED:现已研 究出采用纳米颗粒面 板对白光LED光源进行散射,得到与 太阳光接近的灯光,利用雷利散射原理,使白光LED阵列扩散成“蓝天”效果,或微黄 色斑点模拟太阳光,效果好,可极大提升光色品质。

         三、新材料在LED灯具中的使用

    在LED领域,成本和 散热问题始终是困扰LED发展和 普及的两大难题,发掘新 的原材料来提升光效、降低成本一直是LED技术发展的一个方向。

         1.塑包铝

         结合塑 料以及铝的散热性能优缺点之后,LED塑包铝 散热套件被研发和推出市场,这种散 热材料是外面材料塑料 材质包裹着,而内部 则用铝材进行导热,这样结 合二者优缺点之后,产品性能更佳,导热性 强而其成本也得到了控制。另塑料 本身就比较容易加工和塑造,因而塑 包铝的造型和款式丰富,同时满 足了不同的场所应用需求。

    塑包铝 散热相对于铝材具有物美价廉的优势,成本得到降低,满足市场需求,同时满 足商家的生产需求,获得利润提升。另外,这种材 质比较容易塑形和打造,因而可以回收利用,既节约成本又环保。

         2、镁铝合金

         主要元素是铝,再掺入 少量的镁或是其它的金属材料 来加强其硬度,因其导热性能、强度高、密度小、耐腐蚀、可回收、导热性好、防电磁 辐诸多优点而成为新型材料。镁铝合金应用于LED灯具中 的壳体及散热模组中,能够快速散发LED灯具运 作时产生的热量,延长灯具的使用寿命。镁铝合金用于LED灯具的优势如下:

         (1)散热性良好

         镁铝合 金可有效地将内部热量散发到外面,在外壳 和散热部件上使用镁铝合金,可使电 器外壳做到无散热孔。

         (2)轻量化

         为了实 现环保节能减排,采用镁 铝合金型材制造的灯具配件,不仅可 以有效地降低承重,减轻负荷,同时也 可以最大限度地减轻额外伤害等。

         (3)电磁屏蔽性能较好

          用于LED灯具上,能有效 减少电磁对人体的危害,降低电 磁对通讯信号等的影响。

         3.石墨烯

         石墨烯 正逐渐取代金属部件应用于LED灯具的导热零件,包括灯座、冷却散 热灯杯和外壳等。石墨烯 相对于金属材料,具有散热均匀、重量轻,造型设计灵活等特点,应用在LED灯具上 可令系统成本降低30%。

         4.二维半导体MX2材料

         具有独 特的晶格结构和特性,M一般是 过渡族金属元素,X一般是硫族元素。定量的 瞬态吸收测量结果表明,MX2材料异 质结结构的电荷转移时间在50飞秒以下,与有机 光电材料的最快时间记录相当。MX2具有卓 越的电学和光学性能,且其大 面积合成技术快速发展,有望在 未来获得光子和光电应用。这些二 维半导体具有与石墨烯相同的六角“蜂窝”的结构 和超高速电导率,不同于石墨烯的是,它们具有天然的能带。

         四、LED 色彩管 理系统及光源显色性

         1.LED色彩管理系统

         (1)RGB混色系统,通过不同颜色LED的色彩 组合叠加可以实现更多更丰富绚丽的颜色,通过对红(R)、绿(G)、蓝(B)三个颜 色通道的变化以及它们相互之间的叠加来得到各式各样的颜色的,可以实 现任意颜色的混合。目前更 多的颜色混合方式在不断出现,RGBW混色可 以保证白光亮度的同时实现任意颜色的混色;RGBA混色可 以提供更多颜色的混合;甚至已经出现5种、7种更多颜色的混色,可以实 现更高质量的白光和更丰富的色彩。

         (2)HsIc 颜色系统,用 H、s、I、c 四参数描述颜色特性,其中 H 定义颜色的波长,称为色调,用角度度量,取值范围为0°~ 360°,从红色 开始按逆时针方向计算,红色为0°,绿色为120°, 蓝色为240°。它们的补色是:黄色为 60°,青色为180°, 品红为300°;s表示颜色的深浅程度,称为饱和度,取值范围为0.0 ~ 1.0,值越大,颜色越饱和;I表示强度或亮度,取值范围为0(黑色) ~ 255(白色);c表示色温,色温是 用于定义光源颜色的一个物理量。即把某 个黑体加热到一个温度,其发射 的光的颜色与某个光源所发射的光的颜色相同时,这个黑 体加热的温度称之为该光源的颜色温度,简称色温。

         (3)ccs 智能色彩管理系统,ccs智能色彩管理系 统是以 三基色参数照度及(x,y)色坐标为基准,对LED灯具的 颜色进行精准控制。ccs技术载 体是一枚高精度高 科技的芯片,其工作 原理是通过将光的波长、照度、xy轴色坐标、色温等数据进行采样,通过颜 色一致性算法进行校对补偿,修正其偏差值,最终将 准确的光色呈现出来。ccs智能色 彩管理系统能有效解决当前LED灯具在 出厂后可能出现的问题,对于LED灯具在 光品质方面来说,具有划 时代的变革意义。它可以让 LED 灯具被 的数据校正得更加精准,完善保存所有数据,作为LED灯具强有力的心脏,让产品 变现出独有的艺术气质与魅力,成为设计师中的神笔,勾画出 更完美的景观艺术图。ccs智能色 彩管理系统是硬件与软件的完美结合,一项独 特跨时代的黑科技。

         2.光源的显色性

         (1)显色指数(cRI):显色指 数是物体在光源照明下所呈现颜色的真实性,也就是 颜色逼真的程度。一般认 为物体在太阳光下的颜色为物体真实颜色,认为太 阳光的显色指数为100。显色指 数的测量是用标准待测光源和太阳光下显色差异来测量的。测量显色指数时,选择14种标准色样(有时用15种增加 一种黄种人皮肤色)作为参考。比较每 种色样在待测光源与太阳光照射下的显色差异,如果没有色差,则待测 光源对该种色样的特殊显色指数 Ri=100;如果有色差,根据色 差的大小给定一个数值。一般显色指数Ra为前8中色样 显色指数的算术平均值。

         (2)色质指数(cQs):显色指 数的标准色样饱和度较低,显色指 数对高饱和颜色的色彩还原性不能准确的评价,提出色质指数的概念,计算色质指数的时候,选择15种高饱和度的色样,并且取值为15个特殊 显色指数的均方根值。

         (3)tM-30-15 IEs 评价照 明光源显色性方法,采 用 99 个标准色,从 105000 个物体 的颜色种仔细选取,代 表了生 活中能看到的常见各种颜色(从饱和到不饱和,从 亮到暗)。提出两 个指标保真指数 Rf 和饱和度指数 Rg。 Rf 用于表 征各标准色在测试光源照射下与参考光源相比的 相似程度(100 代表完全相同;0 代表差别很大);Rg 则代表 各标准色在测试光源下与参考光源相比饱和度的改变 (100代表饱和度相同,大于100表示光 源可以提高颜色的饱和度,低于 100 则代表 颜色的饱和度在测试光源下较低)

         五、RDM的技术 在景观照明中的应用

         RDM技术标准由 EstA 提出,经AnsI认证的 RDM 协议 (基于DMX512链路实 现的灯光设备远程管理协议 ), 其主要 作用是实现远程设备管理,RDM协议的 功能包括用电脑访问远程灯具信息、配置远 程灯具的各种参数、控制远 程灯具的各种功能、支持网 络升级灯具软件。

         总结

         近年来,DMX512-RDM控制系统悄然进入LED景观照明领域,RDM 控制系统为中国LED景观照 明指明了新的方向。在越来 越多景观照明项目中,在控制 器与灯具之间采用RDM协议,而在联 动显示方面采用了目前主流的MR-互联网联动控制系统。MR-互联网 联动控制系统采用标准tcP/IP网络协议,通过互 联网服务器的建设,构建总 控端与多个节点端的通讯。通过人 性化的总控端人机界面,进行视频分隔、上传下载,及互联 网联动同步等功能,并集成 音视频联动同步的功能。互联网+ RDM系统作 为新型照明应用技术,会逐渐 进入人们的视界,同时其 技术自身也会在项目应用中不断的完善与成熟,使景观 照明领域正逐渐往智能物联网的方向深入发展。

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