LED照明的艺术价值探讨
摘要： 编者按：自LED照明诞生之日起，人们多是关注其实用价值，本文作者跨越了这一局限，将更长远更高层次的价值
摘 要：
作为半导体照明的LED，从其诞生之日起就有飞速发展。LED光源照明性能的提高使得对其应用价值的探讨得到提升。本文从LED光源本身的特点和可预计的前景出发，对这种照明在艺术领域的价值进行探讨。
关键词：LED 艺术 环境光 焦点光 光辉表现 灯具 技术基础
引 言
传统照明光源经过了两次飞跃，第一次是人们从以采用自然光源为主向采用电光源过渡，表象上看，就我们所说的白炽灯为主的电光源取代了火焰；第二次飞跃是荧光灯的问世，也就是光致发光技术的诞生。而今，从上世纪90年代刚刚发展起来的LED，不但在光色表现上已经接近前两者传统照明光源的性能，而且有着多方面独特的优势。然而本文不是讨论LED作为一种先进照明技术在照明领域对传统光源的替代性，而是就LED本身的技术表现，来讨论LED照明的艺术价值，甚至是较为独特的优势。
从今天照明用LED来看，主要的产品还是RGB混合和蓝光激发荧光粉两种白光生成原理的LED并行发展。事实上，这两种方式的照明LED在不同的方向有各自的优势，而且照明并不仅仅局限于白光的应用而已，在艺术领域更是如此。
从照明本身的概念出发，按照Richard Kelly的理论，我们就照明的三个基本功用来探讨分析LED照明在应用于艺术领域时的特点。它的三个基本功用介绍如下：
（1）环境光(Ambient light)——提供背景照明
（2）焦点光（focal glow）——提供局部的、重点的照明
（3）光辉表现（Play of brilliance）——提供光源自身的信息
艺术与照明
艺术本身是从人诞生以来就已经有的，人的理智、情感、意志这些位格中的形象透过表达和接触得以互相影响。而艺术，作为人与生俱来的创造性的明证，是一个人相互表达和影响的重要媒介和途径。这其间我们知道，往往透过视觉、听觉、触觉等等的感官，艺术信息的传达才得以实现，而作为一个常人，接收的70%以上的信息是通过视觉完成的。因此，对于光色信息的表达，照明就显得尤为重要。下面就几个具有代表性的艺术种类予以讨论。
最直接的莫过于美术。绘画类对光和色的要求无须质疑。不论是环境光(Ambient light)还是焦点光(focal glow)，拥有足够的照度表现和高显色性是必要的。这一点，足够的照度使从绘画表面反射入眼的光强有足够的刺激值使得它清晰可辨，同时，光源的高显色性使作者对色彩的运用，最大限度地得以表达。不论在美术馆还是画室，这样的需求都是一样的。
雕塑方面也是如此，适当光和影的搭配使雕塑的立体感得以实现。这一点对焦点光（focal glow）的要求会高一点，毕竟focal glow能提供独特的照明方式。不仅仅是照度和显色性，灯具必须提供适当的光束分布来达到目的。
从传统意义上讲，建筑照明主要就是环境光Ambient light的运用了。提供一个满足生产生活的环境，环境光显得尤为重要。不过，现代建筑艺术已经不再局限于仅仅是对环境光的需求。可以这么说，建筑艺术与照明艺术在相当大的程度上已经融合，或者说后者已被前者吸收，成为现代建筑的一个亮点。作为现代城市建设新兴项目的夜景，正是这种艺术的部分表达；不单单是环境光的传统沿袭，而且在焦点光和光辉表现两个功用方面有了很大的发挥——从大面积的泛光投光灯具，到窄光束角的重点照明灯具，到凸显光源信息特色的点、带状光源都可以看出。不论解释为夜景照明是照明技术在建筑艺术上的价值体现，还是说建筑艺术因夜景照明产生了一种新的艺术形式，但都可以看出，照明技术在建筑这个领域所体现的独有的魅力。
在音乐、演剧相关领域，照明的价值也是不小的。音乐厅、室对背景光的需求要满足艺术家或乐手识谱和演奏。不过，一个优秀的演奏厅里面的灯光应该还能烘托出一种气氛，而不仅仅是满足照度要求而已。那么，传统古典的氛围下，恰当色温的白光将决定整个现场的基调；面对现代或是流行领域的音乐，灯光的作用显得更大——舞台变幻的各种灯光、屏幕等等。在这种场合下，照明的艺术就由光辉表现（play of brilliance）淋漓尽致地展现了，因为这样的场合并不是要求灯具提供多大的照明能力，需要的是灯光本身带出来的信息——不同的光束角、色调、方向的组合就是一种艺术的载体。
另外，灯具本身实则也可作为一件艺术品。因为灯具的实体在外观上的可塑性很强。立体的构造可以采用雕塑的形式。更可贵的是，照明的光辉表现功用大大增加了这种艺术形式的想象空间，因为，这样的艺术品不但有实体的表达，更有发出的各种光线——以表达作者的思想。那么，这种艺术的实体就不仅仅是有形有质的灯具体了，还有变幻无穷的光线。
从光源的需求来看，LED性能是在日益发展的。表1是美国能源部半导体照明工程发展规划部分技术发展指标：
|
年度 |
2002 |
2007 |
2012 |
2020 |
|
效率（lm/W） |
25 |
75 |
150 |
200 |
|
寿命（khr） |
20 |
＞20 |
＞100 |
＞100 |
|
显色指数 |
75 |
80 |
＞ 80 |
＞ 80 |
另一个很重要的因素就是光源的显色性，这是评价光源所提供谱线还原物体颜色的能力。事实上，现在市场上的主流GaInN蓝光激发荧光粉的白光LED产品，其CRI值不会大于80，这使得在上述许多高显色性要求的场合中，这样的LED照明表现反倒不如含有大量不可见光谱成份的白炽灯、卤素灯等。那是因为许多这种方式的产品，其光谱输出如图1所示。
图1. 蓝光激发荧光粉LED典型光谱图
从图1中的白光光谱可以看出，左图较长波段成份（640nm以上）是比较缺乏的，右图是改进荧光粉，增加了600-650nm波段的光谱尖峰，CRI会有所改善。不过却会以部分光效为代价。针对这样的问题，许多机构、企业也有相应的技术加以改善，努力保证高光效下的高显色性。
TOPSTAR公司在不改变光效的情况下提高的1W大功率白光LED部分参数如下：
（1）光效：65 lm/w
（2）CRI：86
（3）CCT：2714K
（4）色容差：0.9 SDCM
（5）CIE坐标：X=0.4646,Y=0.4210
当然，另一种以RGB三色LED混光方式得到的白光输出，其光色性能将更优于荧光粉受激的方式。其技术难度在于保持三基色LED的均衡性和控制的准确性，以及应对不同程度的光衰。
以上仅仅是例证，说明了现在的LED技术光色输出的现状和前景，面对上述艺术应用的场合是可行的。
具有传统通用光源光色输出能力的LED，也就是说作为光源，它具有足够光效和显色性，这样就使得应用在环境光(Ambient light)和焦点光（focal light）的时候，能够胜任这两个相关艺术场合的光色需求。有一点更为可贵的是，照明LED的光输出只是集中在可见光谱（380-780nm）的范围内，可以不含有IR和UV波段的成份。在很多对光源敏感的场合，比如年代久远的绘画、雕塑或是特别的建筑材料等不会受到红外线或是紫外线的破坏。这在高显色性要求的场合就显得重要了。因为这样的情况，多为白炽灯或是卤素灯相关原理的光源，它们虽然可以提供丰富的谱线确保显色性，但是其大量额外的红外成份往往要采用特殊的光学方法处理掉才适用。不用产生多余有害谱线，却能提供几乎同样效果的显色性能，这就是LED在高显色要求的艺术场合（如美术馆、画室、音乐厅等）的优势。
另一方面，LED本身光色的丰富，是LED技术在艺术领域的一个保证。我们知道LED可以产生高纯度的R、G、B三色，采用加色法可以得到丰富的色彩，几乎涵盖可见光波段。这样一来，在光辉表现的功用上就有相当大的优势。有限的灯具可以通过电路驱动的控制实现不同色调、色温的光输出，甚至可以根据其他信息实现变幻，比如根据音乐实现类似均衡器显示的视觉效果。多样的颜色输出和便利的可控性，使LED的光色表现有很大的发挥空间。这一点，在夜景工程的实践上效果比较显著。例如采用LED灯带、点状光源勾勒建筑轮廓，变色投光灯具的应用，动态泛光效果等等。所要说明的是，在光色可变性上，LED较传统灯具更有优势，实现比较大范围的效果差异，最终能实现丰富的照明效果，为艺术表现留下足够的空间，这是LED照明独特的地方。
LED的发光机制，使这种光源本身具有相对小的发光体积。它既不像白炽灯类需要足够长度的灯丝发热，也不需要荧光类光源需要足够体积的等离子体。LED的光输出产生于固态半导体内，产生同等光输出所需的发光体积是现代光源中最小的。因此提高了灯具设计的便利性。如果说，灯具的实现要体现艺术，那么，小体积的LED就最大限度地不会影响灯具的艺术实现——外观上影响不大。何况LED丰富的光色输出使这种艺术形式具有它自己的魅力。如前文所述，灯具的实体，和丰富光辉表现的LED光源，使LED灯具有它独特的灯具艺术。
当然，LED发展到今天，相比于传统光源，也有其明显的弊端和缺陷。例如：
（1）对温度的敏感性，使得目前的LED不太适合恶劣的温度环境；
（2）工作电流变化对光输出的影响，为LED的驱动部分精度提出高要求；
（3）规模生产中工艺方面的因素难以保证色温一致性；
（4）太小的发光体积致使直接型灯具的眩光成为灯具设计面临的问题；
（5）流明成本较传统光源偏高。
结 论
本文从LED技术出发，从照明的三个功用（环境光、焦点光、光辉表现）各自的实际场合需求来说明LED的艺术表现能力对这种光源在艺术领域实现价值的基础作一定程度上的探讨。光源性能的优异程度，与其艺术实现的空间是正相关的。LED技术的发展会使其艺术价值不断被发掘。
参考文献：
[1] Rüdiger Ganslandt & Harald Hofmann,Handbook of lighting design,1992.
[2] NLPIP. 2002.LED.Lighting answers,2002.
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