博物館照明技術與發展趨勢

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技術突飛猛進，在博物館照明領域，新館毫無疑義會選擇LED燈具，舊館改造亦如此。六年前，博物館應用LED照明產品不超過10%，總結筆者調研情況：(1)燈具的發光、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，以上問題全部迎刃而解。目前，博物館陳列區在已經全部換為LED，除節能、方便控制外，LED照明產品與傳統照明產品效果已無差別。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俗稱有機發光二極管，又稱有機發光半導體，具有自發光特性。市面上有很多曲面電視、無邊框可折疊手機等，這些都應用的是OLED技術。

(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，有機材料發光，這些涂層都是微米級，所以整個產品非常輕薄。

(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，會變成發光鏡片或玻璃。OLED照明產品可做成鏡子功能產品、透明產品，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

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

目前限制OLED應用的主要瓶頸是成本與光效，但在顯示領域已經綻放異彩，在未來OLED技術突破會不斷加快，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。一旦研發出可用于高顯色的白光，它將輕易地實現遠處布燈、近處控光，即可以將發射器放在離場景很遠的地方，然后在被照射物不遠處設置光學器件，光學器件再進行配光,投射到展示物上，實現“見光不見燈”。

傳統燈具與LED要做出平行光，需要非常復雜的光學器件，激光發出的幾乎是平行光，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，一些廠商已經開始激光照明的概念設計：一些汽車品牌的新概念產品,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”。“1射”是指藍色激光由激光器射出，“1透”是指經過反射的激光通過黃磷濾鏡產生白光；“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技術更新與跨界

新的技術發展，讓大家在博物館照明方面看到了更多的可能，但是LED技術本身也會有很多的變革，主要表現于以下方面。

(1)燈具穩定性提高，隨著電子部件技術的成熟，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，但隨著散熱技術成熟，LED芯片的耐熱性提高，穩定性隨之提高。

(2)光色更穩定一致。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，色容差甚至達到2步以內，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達到了90，部分可達到97。

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

除此以外，LED技術也在進步，主要表現在以下方面。

(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，將最接近太陽光的LED產品推向市場，其光譜與太陽光幾乎一樣。在今年的德國照明展上，已經出現了應用產品。

圖2 模擬太陽光的LED產品空間示例

(2)交流直接驅動LED和高壓LED芯片技術，如圖3所示，兩款路軌燈為同一燈型，但右邊的產品在接軌道的地方安裝了一個大盒子，內置了電器，而左邊沒有.隨著交流驅動及高壓LED技術的成熟，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用更便利。

圖3 高低壓LED芯片產品外形比較

(3)調節與變化：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，可完全實現亮度、光斑大小、水平轉動、垂直轉動、色溫的隨意變換。

(4)與其他技術的整合應用，如無線電充技術。這是一種無線電能傳輸技術，現在此技術已經能實現十幾瓦燈具的無線電充，目前傳輸距離仍是問題。

4 LED技術與IoT

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

(1)響應時間(不同光源產品，從接通電源到發光的時間段)

1)節能燈：十秒級，頻繁啟動影響壽命；2)鹵素燈：十秒級，響應時間較快，開關對于燈具影響小；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，它的表現非常優秀，而且頻繁開關對于燈具無任何影響。

(2)調光與控制

LED兼容多種控制方式,如可控硅、0/1-10V、Dali、DMX等，通過系統靈活調節亮度、光色等。目前的技術發展很快，控制越來越豐富，主要表現為：1)無線控制應用越來越廣泛；2)控制終端更加多樣化，如電腦、手機、APP等；3)控制界面簡化，與物聯網技術結合，實現遠程管理與深度學習。

在實際應用中，博物館智能控制主要分為3類：1)以KNX或BUS系統為框架，實現樓宇整體控制，將燈光、視聽設備、監控、空調電器等全部納入；2)以DALI為框架，主要對照明系統實行控制，同時納入感應，窗簾等；3)通過無線控制，采用zigbee+wifi的模式，對部分展館，區域實現無線控制。目前三種都有應用，但后兩者的應用越來越多。這種智能控制將與智慧博物館的整個系統兼容，增加學習功能，并融入智慧博物館的大系統。

5 博物館、博物館照明與光通訊技術(LiFi)

隨著無線通信技術的快速發展，WiFi技術已經普及。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據通信要求。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照,能滿足下一代多媒體通信的要求[8]

光通信技術LiFi的出現，為數據傳輸提供了一種更為安全、高速、穩定的解決方案。LiFi就是把LED燈變成“路由器”，它利用燈具發出的可見光進行數據傳輸，運用已鋪設好的照明燈具(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)進行數據傳輸，只要在室內開啟電燈，無需WiFi也可接入互聯網。國內研究機構主要有復旦大學、清華大學、北京郵電大學、南京郵電大學、東南大等。