LED在道路照明中的应用.pdf

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1、DOI：10．3969／j．issn．1672-4011．2013．02．118LED在道路照明中的应用马超(重庆市设计院，重庆400015)摘要：随着发光二极管(LED)技术的突飞猛进，LED光源在道路照明中也逐渐露出锋芒，受到人们越来越多的关注和认可。笔者基于对LED路灯的结构特性的论述，对比了传统照明灯，突出了LED在道路照明中的优势。最后，基于笔者对于LED路灯的认识研究提出了LED设计中的关键环节。关键词：LED；道路照明；优势；设计中图分类号：TUll3．6+6文献标志码：B文章编号：1672—4011(2013)02—0252—020前言LED具有高光

2、效、低功耗、体积小、耐冲、寿命长、环保清洁等诸多优点成为新一代照明光源的发展方向，目前已被应用于信号指示灯、大屏幕显示、景观照明，正被广泛的应用到道路照明和隧道照明等功能性照明领域。被誉为继白炽灯，钨丝灯和荧光灯之后的第四代光源。1LED光源的结构和特性1．1二次光学系统现有LED光源的光强近似为朗伯源的点光源分布，单纯的朗伯光源在垂直平面上形成一个中心处很亮，而径向衰减很快的圆斑。通过加上一种汇聚型透镜的变异设计，调整内外曲面的曲率后，光线就能均匀地分布到圆形区域内，从而就能满足不同场合所需要的照度与光强分布。图11．2LED光源的物理特性LED光源的电学特征主要

3、表现为它的I—V特性，外加正偏压时表现为低接触电阻，反之为高接触电阻。LED的光学特征的表征参数主要有发光强度、色温、发光效率。其中，光强的单位为坎德拉，表征光源在某一方向的单位立体角的光通量；色温是光源发出的光颜色与某一温度下的完全辐射体(黑体)产生的光颜色完全相同时完全辐射体的温度；发光效率是光能量与输入电能之比。1．3LED的封装结构LED的封装是指发光芯片的封装，它是在分立器件封装的基础上发展起来的。当前市场上的LED的封装主要有直插型、框架式、电热分离功率型等。常规的子弹头型LED封装结构由边长约0．2衄的正方形芯片粘结在引线架上组成。内部的芯片的正极通过

4、球形接触点与金丝键合为内引线与一条管脚相连；负极则通过反射碗和引线架的另～管脚相连，由环氧树脂将顶部包裹。2LED光源的优势2．1发光效率高LED光源大部分都变成了光能，和传统的白炽灯或部分荧光灯相比较，LED有着更高的发光效率，白炽灯、卤钨灯的光效为12—24lm／W，荧光灯的光效为50一701m／W，钠灯的光效为90～140lm／W，而LED的光效经改良后可达到50～100lm／W，在相同照明效果下，其耗电量是白炽灯泡的八分之一，荧光灯管的二分之一，节省出了更多的电能。2．2单色性好、光谱窄普通光源要产生单色光需要加滤光片以吸收不需要的色光，因此，很多能量都浪费

5、在滤光片上了。相比之下，LED能直接产生红、蓝、绿等单色光，提高了光源的发光效率。传统光源能产生紫外和红外光。众所周知，紫外线会破坏材料的分子结构，红外线则会产生热量，在特殊场合比如博物馆需要特殊用途的照明时，如果采用传统光源，必须加装滤光设备来去除紫外线和红外线以减少光对物品的伤害。LED单色性好，光谱窄，不含红外和紫外光线，不会对被照射物体产生伤害。2．3耐用环保LED是固态照明光源，没有易碎的玻璃，抗震动抗冲击性能出众，适用于较环境恶劣的地区。此外，其不含任何有毒物质或有毒气体，环保。LED的安全性能好，低压直流供电的工作方式使得它能够在低温状态下工作，适用于

6、我国北方严寒城市道路的照明。传统的白炽灯工作时会发出大量的热量，影响环境温度；荧光灯、汞灯灯光源中含有有毒物质一汞，LED不存在这些问题，是一种名符其实的安全健康环保无污染的绿色光源。2．4性价比高这主要体现在LED光源的寿命长而维护成本低。LED灯体积小、重量轻，用环氧树脂封装，不像荧光灯有体积大的灯管和附件，没有易碎部件，是一种全固体结构，能承受高强度机械冲击和震动。其使用寿命是普通光源的10倍，大大降低光源替换费用及相关的维护费用。3LED路灯设计3．1光学自由曲面设计自由曲面是指非对称的曲面，在照明光学系统中自由曲面能自由分配光强，控制光线角度，光程差等物理

7、量。普通光源发出的光不均匀，照射角度大。通过自由光学自由平面的合理设计，能获得均匀的照明面。常见的光照均匀化理论有重叠法和剪裁法。重叠法的原理是将光源发出的光化整为零，分成几部分，各部分之间互相重叠以实现光源的均匀性；剪裁法是根据光源发光分布确定的基础上，通过特定几何曲率的反射镜或照明透镜控制每条光线的走向，达到光照分布均匀。常见的裁剪法又包括多参数优化法，微分方程法、多表面同时设计法。3．2配光设计配光设计是指将LED按照一定阵列排列成一个扩展光源，使用反光板或灯罩使从LED阵列出射光线的空间光强分布，使达到道路照明的要求。考虑到在如此狭小的空间使LED阵列产