博物馆照明技术与发展趋势

伍必胜

(广东晶谷照明科技有限公司，东莞 523570)

0 引言

近来年，LED技术突飞猛进，在博物馆照明领域，新馆毫无疑义会选择LED灯具，旧馆改造亦如此。六年前，博物馆应用LED照明产品不超过10%，总结笔者调研情况：(1)灯具的发光、色彩还原度不够；(2)同一批灯的光色也有差别，导致同一个空间打出的光不一致；(3)由于技术不成熟，散热性差、易损坏、维修率高；(4)成本高，初始投入费用居高不下。

但在短短几年内，以上问题全部迎刃而解。目前，博物馆陈列区在已经全部换为LED，除节能、方便控制外，LED照明产品与传统照明产品效果已无差别。博物馆照明全面进入LED时代，但是未来也会有新的光源取代LED。

1 未来面光源的主要替代者OLED

OLED俗称有机发光二极管，又称有机发光半导体，具有自发光特性。市面上有很多曲面电视、无边框可折叠手机等，这些都应用的是OLED技术。

(1)轻薄

OLED是采用多层轻薄的有机材料涂层涂覆在薄基板上，当电流通过时，有机材料发光，这些涂层都是微米级，所以整个产品非常轻薄。

(2)可弯曲

可涂敷于任何柔性薄膜、镜片、基板等。由于轻薄且透明，当涂覆于玻璃上时，会变成发光镜片或玻璃。OLED照明产品可做成镜子功能产品、透明产品，在不通电的情况下具有镜子或者玻璃功能，通电时是照明光源[3]。

(3)蓝光成分低

LED虽然无红外、紫外辐射，但蓝光成分高，影响展品的保护。OLED则不存在这方面的影响，其蓝光成分非常低(图1)，极大地保护了展品。

图1 太阳光、LED、OLED光谱比较

基于上述优势，OLED用于博物馆陈列区与库房，会比LED效果更好，但也存在缺点，与早期LED出现的问题雷同：(1)色温不精准,有些漂移；(2)发光效率有待提高；(3)初始成本投入成本高。

目前限制OLED应用的主要瓶颈是成本与光效，但在显示领域已经绽放异彩，在未来OLED技术突破会不断加快，相信在博物馆空间会频繁看到它的身影。

2 未来点光源的主要替代者激光

OLED虽然轻薄、光谱成分理想，但它是一种面光源，发光强度低，无法达到重点照明的要求，这仍是LED的强项，但并非无可替代。

目前激光单色性很好，没有LED的光谱那么宽广，但是在亮度方面，LED完全无法与之相比。

由于激光的方向性很强，亮度要比LED大很多。一旦研发出可用于高显色的白光，它将轻易地实现远处布灯、近处控光，即可以将发射器放在离场景很远的地方，然后在被照射物不远处设置光学器件，光学器件再进行配光,投射到展示物上，实现“见光不见灯”。

传统灯具与LED要做出平行光，需要非常复杂的光学器件，激光发出的几乎是平行光，这种光易于控制，通过光学配件能方便地实行光形改变，对于博物馆空间要求的精准照明是一个突破。

在照明行业，一些厂商已经开始激光照明的概念设计：一些汽车品牌的新概念产品,开始使用激光照明，譬如宝马i8，作为全新第六代车型，采用了蓝色激光大灯，它具有照得远、体积小、穿透力更好的强大优势。通俗来讲,宝马i8使用的这套激光大灯的照射原理可以归纳为“1射1透2反射”。“1射”是指蓝色激光由激光器射出，“1透”是指经过反射的激光通过黄磷滤镜产生白光；“2反射”则是指激光在框架上的激光反射镜上反射一次,之后透光的光再于反射碗上反射一次,最终射出照射光[6]。

3 LED技术更新与跨界

新的技术发展，让大家在博物馆照明方面看到了更多的可能，但是LED技术本身也会有很多的变革，主要表现于以下方面。

(1)灯具稳定性提高，随着电子部件技术的成熟，LED灯具会更高效、寿命更长。之前难以达到标称寿命，主要瓶颈在于电子器件与散热，但随着散热技术成熟，LED芯片的耐热性提高，稳定性随之提高。

(2)光色更稳定一致。芯片色容差通常3～4步，部分专用芯片色温差值控制在50K以内，色容差甚至达到2步以内，完全可以与卤素灯媲美。

(3)色彩还原性方面，LED照明灯具的显色指数达到了90，部分可达到97。

(4)光学技术发展得到了长足的进步，以前的重影、聚光不足等已经完全解决，如今专业博物馆灯具厂家推出的变焦灯具，给灯光调试带来了极大的便利。

除此以外，LED技术也在进步，主要表现在以下方面。

(1)全光谱照明光源推出，国外芯片厂商推出模拟太阳光光源(图2)，从根本上改变了LED照明技术，将最接近太阳光的LED产品推向市场，其光谱与太阳光几乎一样。在今年的德国照明展上，已经出现了应用产品。

图2 模拟太阳光的LED产品空间示例

(2)交流直接驱动LED和高压LED芯片技术，如图3所示，两款路轨灯为同一灯型，但右边的产品在接轨道的地方安装了一个大盒子，内置了电器，而左边没有.随着交流驱动及高压LED技术的成熟，所有的LED灯具都不需要再安装大盒子，在LED灯具日益小型化的今天，电器的减化将使灯具应用更便利。

图3 高低压LED芯片产品外形比较

(3)调节与变化：自从LED变焦灯推出以来，可以灵活地变化亮度和光斑大小，但如今这种变化越来越多，如某遥控灯，可完全实现亮度、光斑大小、水平转动、垂直转动、色温的随意变换。

(4)与其他技术的整合应用，如无线电充技术。这是一种无线电能传输技术，现在此技术已经能实现十几瓦灯具的无线电充，目前传输距离仍是问题。

4 LED技术与IoT

除了上述变化，LED博物馆照明技术与IoT(物联网)也会结合得越来越紧密。在过去很长的一段时间里，照明还仅停留于亮度变化，LED灯具出现以来，照明控制变得十分丰富，主要表现为以下方面。

(1)响应时间(不同光源产品，从接通电源到发光的时间段)

1)节能灯：十秒级，频繁启动影响寿命；2)卤素灯：十秒级，响应时间较快，开关对于灯具影响小；3)陶瓷金卤灯：冷灯启动分钟级，热启动十分钟级；4)LED灯具：秒级，它的表现非常优秀，而且频繁开关对于灯具无任何影响。

(2)调光与控制

LED兼容多种控制方式,如可控硅、0/1-10V、Dali、DMX等，通过系统灵活调节亮度、光色等。目前的技术发展很快，控制越来越丰富，主要表现为：1)无线控制应用越来越广泛；2)控制终端更加多样化，如电脑、手机、APP等；3)控制界面简化，与物联网技术结合，实现远程管理与深度学习。

在实际应用中，博物馆智能控制主要分为3类：1)以KNX或BUS系统为框架，实现楼宇整体控制，将灯光、视听设备、监控、空调电器等全部纳入；2)以DALI为框架，主要对照明系统实行控制，同时纳入感应，窗帘等；3)通过无线控制，采用zigbee+wifi的模式，对部分展馆，区域实现无线控制。目前三种都有应用，但后两者的应用越来越多。这种智能控制将与智慧博物馆的整个系统兼容，增加学习功能，并融入智慧博物馆的大系统。

5 博物馆、博物馆照明与光通讯技术(LiFi)

随着无线通信技术的快速发展，WiFi技术已经普及。而它所承载的电磁波频段频谱资源稀缺，无法满足日益增长的数据通信要求。而LED可见光无线通信使用光频段传输信息具有宽广的通信带宽,避免了电磁干扰冲突又无需申请频段使用执照,能满足下一代多媒体通信的要求[8]

光通信技术LiFi的出现，为数据传输提供了一种更为安全、高速、稳定的解决方案。LiFi就是把LED灯变成“路由器”，它利用灯具发出的可见光进行数据传输，运用已铺设好的照明灯具(如LED灯)，植入一个微小的芯片，通过改变光线的闪烁频率(一种肉眼觉察不到的高速闪烁信号)进行数据传输，只要在室内开启电灯，无需WiFi也可接入互联网。国内研究机构主要有复旦大学、清华大学、北京邮电大学、南京邮电大学、东南大等。