LED在道路照明中的應(yīng)用.pdf

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1、DOI：10．3969／j．issn．1672-4011．2013．02．118LED在道路照明中的應(yīng)用馬超(重慶市設(shè)計(jì)院，重慶400015)摘要：隨著發(fā)光二極管(LED)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，LED光源在道路照明中也逐漸露出鋒芒，受到人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注和認(rèn)可。筆者基于對(duì)LED路燈的結(jié)構(gòu)特性的論述，對(duì)比了傳統(tǒng)照明燈，突出了LED在道路照明中的優(yōu)勢(shì)。最后，基于筆者對(duì)于LED路燈的認(rèn)識(shí)研究提出了LED設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。關(guān)鍵詞：LED；道路照明；優(yōu)勢(shì)；設(shè)計(jì)中圖分類號(hào)：TUll3．6+6文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B文章編號(hào)：1672—4011(2013)02—0252—020前言LED具有高光

2、效、低功耗、體積小、耐沖、壽命長(zhǎng)、環(huán)保清潔等諸多優(yōu)點(diǎn)成為新一代照明光源的發(fā)展方向，目前已被應(yīng)用于信號(hào)指示燈、大屏幕顯示、景觀照明，正被廣泛的應(yīng)用到道路照明和隧道照明等功能性照明領(lǐng)域。被譽(yù)為繼白熾燈，鎢絲燈和熒光燈之后的第四代光源。1LED光源的結(jié)構(gòu)和特性1．1二次光學(xué)系統(tǒng)現(xiàn)有LED光源的光強(qiáng)近似為朗伯源的點(diǎn)光源分布，單純的朗伯光源在垂直平面上形成一個(gè)中心處很亮，而徑向衰減很快的圓斑。通過加上一種匯聚型透鏡的變異設(shè)計(jì)，調(diào)整內(nèi)外曲面的曲率后，光線就能均勻地分布到圓形區(qū)域內(nèi)，從而就能滿足不同場(chǎng)合所需要的照度與光強(qiáng)分布。圖11．2LED光源的物理特性LED光源的電學(xué)特征主要

3、表現(xiàn)為它的I—V特性，外加正偏壓時(shí)表現(xiàn)為低接觸電阻，反之為高接觸電阻。LED的光學(xué)特征的表征參數(shù)主要有發(fā)光強(qiáng)度、色溫、發(fā)光效率。其中，光強(qiáng)的單位為坎德拉，表征光源在某一方向的單位立體角的光通量；色溫是光源發(fā)出的光顏色與某一溫度下的完全輻射體(黑體)產(chǎn)生的光顏色完全相同時(shí)完全輻射體的溫度；發(fā)光效率是光能量與輸入電能之比。1．3LED的封裝結(jié)構(gòu)LED的封裝是指發(fā)光芯片的封裝，它是在分立器件封裝的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。當(dāng)前市場(chǎng)上的LED的封裝主要有直插型、框架式、電熱分離功率型等。常規(guī)的子彈頭型LED封裝結(jié)構(gòu)由邊長(zhǎng)約0．2衄的正方形芯片粘結(jié)在引線架上組成。內(nèi)部的芯片的正極通過

4、球形接觸點(diǎn)與金絲鍵合為內(nèi)引線與一條管腳相連；負(fù)極則通過反射碗和引線架的另～管腳相連，由環(huán)氧樹脂將頂部包裹。2LED光源的優(yōu)勢(shì)2．1發(fā)光效率高LED光源大部分都變成了光能，和傳統(tǒng)的白熾燈或部分熒光燈相比較，LED有著更高的發(fā)光效率，白熾燈、鹵鎢燈的光效為12—24lm／W，熒光燈的光效為50一701m／W，鈉燈的光效為90～140lm／W，而LED的光效經(jīng)改良后可達(dá)到50～100lm／W，在相同照明效果下，其耗電量是白熾燈泡的八分之一，熒光燈管的二分之一，節(jié)省出了更多的電能。2．2單色性好、光譜窄普通光源要產(chǎn)生單色光需要加濾光片以吸收不需要的色光，因此，很多能量都浪費(fèi)

5、在濾光片上了。相比之下，LED能直接產(chǎn)生紅、藍(lán)、綠等單色光，提高了光源的發(fā)光效率。傳統(tǒng)光源能產(chǎn)生紫外和紅外光。眾所周知，紫外線會(huì)破壞材料的分子結(jié)構(gòu)，紅外線則會(huì)產(chǎn)生熱量，在特殊場(chǎng)合比如博物館需要特殊用途的照明時(shí)，如果采用傳統(tǒng)光源，必須加裝濾光設(shè)備來去除紫外線和紅外線以減少光對(duì)物品的傷害。LED單色性好，光譜窄，不含紅外和紫外光線，不會(huì)對(duì)被照射物體產(chǎn)生傷害。2．3耐用環(huán)保LED是固態(tài)照明光源，沒有易碎的玻璃，抗震動(dòng)抗沖擊性能出眾，適用于較環(huán)境惡劣的地區(qū)。此外，其不含任何有毒物質(zhì)或有毒氣體，環(huán)保。LED的安全性能好，低壓直流供電的工作方式使得它能夠在低溫狀態(tài)下工作，適用于

6、我國北方嚴(yán)寒城市道路的照明。傳統(tǒng)的白熾燈工作時(shí)會(huì)發(fā)出大量的熱量，影響環(huán)境溫度；熒光燈、汞燈燈光源中含有有毒物質(zhì)一汞，LED不存在這些問題，是一種名符其實(shí)的安全健康環(huán)保無污染的綠色光源。2．4性價(jià)比高這主要體現(xiàn)在LED光源的壽命長(zhǎng)而維護(hù)成本低。LED燈體積小、重量輕，用環(huán)氧樹脂封裝，不像熒光燈有體積大的燈管和附件，沒有易碎部件，是一種全固體結(jié)構(gòu)，能承受高強(qiáng)度機(jī)械沖擊和震動(dòng)。其使用壽命是普通光源的10倍，大大降低光源替換費(fèi)用及相關(guān)的維護(hù)費(fèi)用。3LED路燈設(shè)計(jì)3．1光學(xué)自由曲面設(shè)計(jì)自由曲面是指非對(duì)稱的曲面，在照明光學(xué)系統(tǒng)中自由曲面能自由分配光強(qiáng)，控制光線角度，光程差等物理

7、量。普通光源發(fā)出的光不均勻，照射角度大。通過自由光學(xué)自由平面的合理設(shè)計(jì)，能獲得均勻的照明面。常見的光照均勻化理論有重疊法和剪裁法。重疊法的原理是將光源發(fā)出的光化整為零，分成幾部分，各部分之間互相重疊以實(shí)現(xiàn)光源的均勻性；剪裁法是根據(jù)光源發(fā)光分布確定的基礎(chǔ)上，通過特定幾何曲率的反射鏡或照明透鏡控制每條光線的走向，達(dá)到光照分布均勻。常見的裁剪法又包括多參數(shù)優(yōu)化法，微分方程法、多表面同時(shí)設(shè)計(jì)法。3．2配光設(shè)計(jì)配光設(shè)計(jì)是指將LED按照一定陣列排列成一個(gè)擴(kuò)展光源，使用反光板或燈罩使從LED陣列出射光線的空間光強(qiáng)分布，使達(dá)到道路照明的要求?？紤]到在如此狹小的空間使LED陣列產(chǎn)