論LED排布方式對公交候車亭燈箱照度及均勻度的影響

鄭前列 王梁偉 江天波

【摘要】LED背光源功率一定時，LED燈珠在候車亭燈箱中以橫向縱向不等間距、橫向縱向等間距兩種方式排布，通過ZEMAX軟件對兩種排布方式候車亭燈箱進(jìn)行仿真模擬，并用照度計測量實際候車亭燈箱的照度和均勻度。測試結(jié)果顯示，LED燈珠橫向縱向等間距排布候車亭燈箱平均照度494勒克斯，明顯高于LED燈珠橫向縱向不等間距排布候車亭燈箱的平均照度403勒克斯，照度提升了22.5%。橫向縱向等間距排布候車亭燈箱均勻度61%，優(yōu)于橫向縱向不等間距候車亭燈箱的54%。

【關(guān)鍵詞】發(fā)光二極管；照度；均勻度；光學(xué)模擬

引言

公交候車亭作為城市公交系統(tǒng)最重要的一部分，方便市民乘車，為乘客遮風(fēng)擋雨，不同城市不同風(fēng)格的公交候車亭還是城市形象展示的窗口和平臺[1]。公交候車亭廣告燈箱照明常用光源有T8、T5、T4燈管、EEFL以及LED背光源加擴(kuò)散板。表1是幾種候車亭燈箱照明光源的比較。熒光燈能耗大，管內(nèi)汞蒸汽對環(huán)境污染嚴(yán)重，目前沒有有效的大范圍應(yīng)用的處理方式[2]，不符合國家節(jié)能減耗政策。目前小范圍使用的LED照明背光源均加裝亞克力板擴(kuò)散板，以達(dá)到背光均勻化，擴(kuò)散板用量大、成本高、長期使用易變形、發(fā)黃，影響使用效果。

LED產(chǎn)品高亮度、低能耗、壽命長、啟動快，功率小、無頻閃、無污染、不產(chǎn)生視覺疲勞等優(yōu)點，使得LED產(chǎn)業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展階段，在傳統(tǒng)照明行業(yè)占的比例也越來越大，其最終將替代傳統(tǒng)照明產(chǎn)品[3]。LED已普遍應(yīng)用于戶內(nèi)外廣告燈箱照明中，但在公交候車亭上的應(yīng)用才剛剛起步。LED光效高，是熒光燈的三倍，加裝透鏡后燈珠發(fā)光角度達(dá)到160°-180°，無需加裝擴(kuò)散板便可以達(dá)到較好的均勻度。本文通過改變LED燈珠在候車亭燈箱中的排布方式，可以在不改變LED背光源總功率的情況下改善候車亭燈箱照度均勻度，同時提高候車亭燈箱照度。

1.LED背光源候車亭燈箱

1.1LED背光源候車亭燈箱

試驗燈箱有效出光面尺寸3500mm*1500mm，使用雙面帶透鏡LED硬燈條，正面燈珠1w/顆、背面燈珠0.7w/顆。兩種燈箱LED背光源排布方式如下表2：

2.仿真分析與實驗結(jié)果

應(yīng)用ZEMAX軟件對燈箱A、燈箱B仿真模擬，如圖1所示，可以看出燈箱A照度縱向分布均勻，橫向照度差距大，且間歇分布，易出現(xiàn)排骨紋。燈箱B燈珠中心處照度強(qiáng)，周邊稍弱，呈網(wǎng)狀分布，橫向縱向分布較均勻。從燈箱A、B橫向、縱向照度分布曲線可以看出，燈箱B橫向照度曲線較燈箱A密集、峰谷值小，均勻性好。燈箱B縱向照度曲線較之燈箱A峰谷值相差不大，均勻性略弱于燈箱A。由（b）、（c）、（d）、（e）計算出燈箱A、燈箱B橫向、縱向的不均勻性見表3。根據(jù)燈箱A、B照度圖1及表3可以看出燈箱B總體均勻性優(yōu)于燈箱A，即LED燈珠在候車亭燈箱中橫向、縱向等間距排布時均勻性好，照明顯示質(zhì)量高。

圖1 燈箱A、燈箱B照度仿真模擬

根據(jù)設(shè)計與模擬，制作出燈箱A、B。由于燈箱的高度對稱性，我們在燈箱出光面對稱的四分之一面積上采用四角布點法[4]，用照度計測試每個點的照度，計算燈箱測試面積的平均照度、均勻度，測試數(shù)據(jù)結(jié)果曲線如圖2所示。計算得出燈箱A的平均照度403lux，均勻度54%；燈箱B平均照度494lux，均勻度61%。結(jié)果顯示LED背光源總瓦數(shù)相同時，燈箱B的平均照度較燈箱A增加了91勒克斯，提高了22.5%。燈珠橫縱等間距排布時燈箱平均照度高，無暗區(qū)。

圖2 燈箱照度曲線

3.結(jié)語

通過ZEMAX光學(xué)仿真模擬以及實際測試實驗證明，LED替代T式熒光燈應(yīng)用在公交候車亭上，滿足照明使用的同時，既節(jié)能，又環(huán)保。LED背光源總功率一定時，LED燈珠在候車亭燈箱中橫向、縱向間距相等排布時，可以大大提高候車亭燈箱背光照度、并改善均勻度，提高候車亭燈箱顯示質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]門雷元.濟(jì)南市城市公交候車亭的人性化設(shè)計[D].山東大學(xué)，2007

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[3]呂慧敏，蔡永泉.節(jié)能高手—LED的應(yīng)用[J].現(xiàn)代顯示，2006（10）：48-52.

[4]孫麗，關(guān)德鵬，范魁元，于曉洋，王穎.車間照度測量與分析方法研究[J].大連交通大學(xué)學(xué)報，2015（01）