博物館照明技術(shù)與發(fā)展趨勢

伍必勝

(廣東晶谷照明科技有限公司，東莞 523570)

0 引言

近來年，LED技術(shù)突飛猛進，在博物館照明領(lǐng)域，新館毫無疑義會選擇LED燈具，舊館改造亦如此。六年前，博物館應(yīng)用LED照明產(chǎn)品不超過10%，總結(jié)筆者調(diào)研情況：(1)燈具的發(fā)光、色彩還原度不夠；(2)同一批燈的光色也有差別，導致同一個空間打出的光不一致；(3)由于技術(shù)不成熟，散熱性差、易損壞、維修率高；(4)成本高，初始投入費用居高不下。

但在短短幾年內(nèi)，以上問題全部迎刃而解。目前，博物館陳列區(qū)在已經(jīng)全部換為LED，除節(jié)能、方便控制外，LED照明產(chǎn)品與傳統(tǒng)照明產(chǎn)品效果已無差別。博物館照明全面進入LED時代，但是未來也會有新的光源取代LED。

1 未來面光源的主要替代者OLED

OLED俗稱有機發(fā)光二極管，又稱有機發(fā)光半導體，具有自發(fā)光特性。市面上有很多曲面電視、無邊框可折疊手機等，這些都應(yīng)用的是OLED技術(shù)。

(1)輕薄

OLED是采用多層輕薄的有機材料涂層涂覆在薄基板上，當電流通過時，有機材料發(fā)光，這些涂層都是微米級，所以整個產(chǎn)品非常輕薄。

(2)可彎曲

可涂敷于任何柔性薄膜、鏡片、基板等。由于輕薄且透明，當涂覆于玻璃上時，會變成發(fā)光鏡片或玻璃。OLED照明產(chǎn)品可做成鏡子功能產(chǎn)品、透明產(chǎn)品，在不通電的情況下具有鏡子或者玻璃功能，通電時是照明光源[3]。

(3)藍光成分低

LED雖然無紅外、紫外輻射，但藍光成分高，影響展品的保護。OLED則不存在這方面的影響，其藍光成分非常低(圖1)，極大地保護了展品。

圖1 太陽光、LED、OLED光譜比較

基于上述優(yōu)勢，OLED用于博物館陳列區(qū)與庫房，會比LED效果更好，但也存在缺點，與早期LED出現(xiàn)的問題雷同：(1)色溫不精準,有些漂移；(2)發(fā)光效率有待提高；(3)初始成本投入成本高。

目前限制OLED應(yīng)用的主要瓶頸是成本與光效，但在顯示領(lǐng)域已經(jīng)綻放異彩，在未來OLED技術(shù)突破會不斷加快，相信在博物館空間會頻繁看到它的身影。

2 未來點光源的主要替代者激光

OLED雖然輕薄、光譜成分理想，但它是一種面光源，發(fā)光強度低，無法達到重點照明的要求，這仍是LED的強項，但并非無可替代。

目前激光單色性很好，沒有LED的光譜那么寬廣，但是在亮度方面，LED完全無法與之相比。

由于激光的方向性很強，亮度要比LED大很多。一旦研發(fā)出可用于高顯色的白光，它將輕易地實現(xiàn)遠處布燈、近處控光，即可以將發(fā)射器放在離場景很遠的地方，然后在被照射物不遠處設(shè)置光學器件，光學器件再進行配光,投射到展示物上，實現(xiàn)“見光不見燈”。

傳統(tǒng)燈具與LED要做出平行光，需要非常復(fù)雜的光學器件，激光發(fā)出的幾乎是平行光，這種光易于控制，通過光學配件能方便地實行光形改變，對于博物館空間要求的精準照明是一個突破。

在照明行業(yè)，一些廠商已經(jīng)開始激光照明的概念設(shè)計：一些汽車品牌的新概念產(chǎn)品,開始使用激光照明，譬如寶馬i8，作為全新第六代車型，采用了藍色激光大燈，它具有照得遠、體積小、穿透力更好的強大優(yōu)勢。通俗來講,寶馬i8使用的這套激光大燈的照射原理可以歸納為“1射1透2反射”?！?射”是指藍色激光由激光器射出，“1透”是指經(jīng)過反射的激光通過黃磷濾鏡產(chǎn)生白光；“2反射”則是指激光在框架上的激光反射鏡上反射一次,之后透光的光再于反射碗上反射一次,最終射出照射光[6]。

3 LED技術(shù)更新與跨界

新的技術(shù)發(fā)展，讓大家在博物館照明方面看到了更多的可能，但是LED技術(shù)本身也會有很多的變革，主要表現(xiàn)于以下方面。

(1)燈具穩(wěn)定性提高，隨著電子部件技術(shù)的成熟，LED燈具會更高效、壽命更長。之前難以達到標稱壽命，主要瓶頸在于電子器件與散熱，但隨著散熱技術(shù)成熟，LED芯片的耐熱性提高，穩(wěn)定性隨之提高。

(2)光色更穩(wěn)定一致。芯片色容差通常3～4步，部分專用芯片色溫差值控制在50K以內(nèi)，色容差甚至達到2步以內(nèi)，完全可以與鹵素燈媲美。

(3)色彩還原性方面，LED照明燈具的顯色指數(shù)達到了90，部分可達到97。

(4)光學技術(shù)發(fā)展得到了長足的進步，以前的重影、聚光不足等已經(jīng)完全解決，如今專業(yè)博物館燈具廠家推出的變焦燈具，給燈光調(diào)試帶來了極大的便利。

除此以外，LED技術(shù)也在進步，主要表現(xiàn)在以下方面。

(1)全光譜照明光源推出，國外芯片廠商推出模擬太陽光光源(圖2)，從根本上改變了LED照明技術(shù)，將最接近太陽光的LED產(chǎn)品推向市場，其光譜與太陽光幾乎一樣。在今年的德國照明展上，已經(jīng)出現(xiàn)了應(yīng)用產(chǎn)品。

圖2 模擬太陽光的LED產(chǎn)品空間示例

(2)交流直接驅(qū)動LED和高壓LED芯片技術(shù)，如圖3所示，兩款路軌燈為同一燈型，但右邊的產(chǎn)品在接軌道的地方安裝了一個大盒子，內(nèi)置了電器，而左邊沒有.隨著交流驅(qū)動及高壓LED技術(shù)的成熟，所有的LED燈具都不需要再安裝大盒子，在LED燈具日益小型化的今天，電器的減化將使燈具應(yīng)用更便利。

圖3 高低壓LED芯片產(chǎn)品外形比較

(3)調(diào)節(jié)與變化：自從LED變焦燈推出以來，可以靈活地變化亮度和光斑大小，但如今這種變化越來越多，如某遙控燈，可完全實現(xiàn)亮度、光斑大小、水平轉(zhuǎn)動、垂直轉(zhuǎn)動、色溫的隨意變換。

(4)與其他技術(shù)的整合應(yīng)用，如無線電充技術(shù)。這是一種無線電能傳輸技術(shù)，現(xiàn)在此技術(shù)已經(jīng)能實現(xiàn)十幾瓦燈具的無線電充，目前傳輸距離仍是問題。

4 LED技術(shù)與IoT

除了上述變化，LED博物館照明技術(shù)與IoT(物聯(lián)網(wǎng))也會結(jié)合得越來越緊密。在過去很長的一段時間里，照明還僅停留于亮度變化，LED燈具出現(xiàn)以來，照明控制變得十分豐富，主要表現(xiàn)為以下方面。

(1)響應(yīng)時間(不同光源產(chǎn)品，從接通電源到發(fā)光的時間段)

1)節(jié)能燈：十秒級，頻繁啟動影響壽命；2)鹵素燈：十秒級，響應(yīng)時間較快，開關(guān)對于燈具影響小；3)陶瓷金鹵燈：冷燈啟動分鐘級，熱啟動十分鐘級；4)LED燈具：秒級，它的表現(xiàn)非常優(yōu)秀，而且頻繁開關(guān)對于燈具無任何影響。

(2)調(diào)光與控制

LED兼容多種控制方式,如可控硅、0/1-10V、Dali、DMX等，通過系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)亮度、光色等。目前的技術(shù)發(fā)展很快，控制越來越豐富，主要表現(xiàn)為：1)無線控制應(yīng)用越來越廣泛；2)控制終端更加多樣化，如電腦、手機、APP等；3)控制界面簡化，與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)遠程管理與深度學習。

在實際應(yīng)用中，博物館智能控制主要分為3類：1)以KNX或BUS系統(tǒng)為框架，實現(xiàn)樓宇整體控制，將燈光、視聽設(shè)備、監(jiān)控、空調(diào)電器等全部納入；2)以DALI為框架，主要對照明系統(tǒng)實行控制，同時納入感應(yīng)，窗簾等；3)通過無線控制，采用zigbee+wifi的模式，對部分展館，區(qū)域?qū)崿F(xiàn)無線控制。目前三種都有應(yīng)用，但后兩者的應(yīng)用越來越多。這種智能控制將與智慧博物館的整個系統(tǒng)兼容，增加學習功能，并融入智慧博物館的大系統(tǒng)。

5 博物館、博物館照明與光通訊技術(shù)(LiFi)

隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，WiFi技術(shù)已經(jīng)普及。而它所承載的電磁波頻段頻譜資源稀缺，無法滿足日益增長的數(shù)據(jù)通信要求。而LED可見光無線通信使用光頻段傳輸信息具有寬廣的通信帶寬,避免了電磁干擾沖突又無需申請頻段使用執(zhí)照,能滿足下一代多媒體通信的要求[8]

光通信技術(shù)LiFi的出現(xiàn)，為數(shù)據(jù)傳輸提供了一種更為安全、高速、穩(wěn)定的解決方案。LiFi就是把LED燈變成“路由器”，它利用燈具發(fā)出的可見光進行數(shù)據(jù)傳輸，運用已鋪設(shè)好的照明燈具(如LED燈)，植入一個微小的芯片，通過改變光線的閃爍頻率(一種肉眼覺察不到的高速閃爍信號)進行數(shù)據(jù)傳輸，只要在室內(nèi)開啟電燈，無需WiFi也可接入互聯(lián)網(wǎng)。國內(nèi)研究機構(gòu)主要有復(fù)旦大學、清華大學、北京郵電大學、南京郵電大學、東南大等。