LED 光源在道路照明設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)

楊棟

（中設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京210014）

LED 通過(guò)半導(dǎo)體芯片發(fā)光，作為可以發(fā)光的二極管，通過(guò)少數(shù)載流子與多數(shù)載流子在得P-N 結(jié)中發(fā)生復(fù)合作用，使得發(fā)光子借由發(fā)射生成光能，完成電能向光能的轉(zhuǎn)變；LED 發(fā)光源使用的材料屬于綠色材料，內(nèi)部不含汞，所以不會(huì)產(chǎn)生有害物質(zhì)，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，同時(shí)LED 光源接近自然光，可以構(gòu)建舒適、安全的視覺(jué)環(huán)境。

1 LED 光源的優(yōu)勢(shì)

1.1 顯色效果高

LED 光源顯色性在70 以上，在高壓鈉燈顯色方面表現(xiàn)在20 左右，同時(shí)LED 光源接近自然光，與自然光接近的物質(zhì)，視覺(jué)接受能力越強(qiáng)，應(yīng)用LED 光源，可以為人們提供舒適、安全的視覺(jué)環(huán)境，表1 為某道路不同燈具對(duì)比測(cè)試結(jié)果，原使用的高壓鈉燈250W，改換成LED 路燈140W。

表1 不同燈具對(duì)比測(cè)試結(jié)果

1.2 安全系數(shù)高

LED 光源電壓在于24 伏以下，這樣可以應(yīng)用于眾多場(chǎng)所，且安全性較高，照度效果好。LED 光源雖然是固體冷光源，但是采用密閉材料環(huán)氧樹(shù)脂構(gòu)成，一般不會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)的情況，同時(shí)產(chǎn)生光衰積碳發(fā)熱的可能性較低。與傳統(tǒng)燈具相比LED 光源燈具的壽命較長(zhǎng)，一般可以維持在5 萬(wàn)小時(shí)之上。

1.3 節(jié)能、環(huán)保

在節(jié)能環(huán)保為主題的時(shí)代背景下，LED 光源與自然光非常接近，同時(shí)節(jié)能環(huán)保，應(yīng)用范圍廣，LED 光源通過(guò)半導(dǎo)體芯片發(fā)光，使用的材料不含汞，所以在光源工作期間，不會(huì)產(chǎn)生污染環(huán)境的物質(zhì)，同時(shí)燈具材料可以循環(huán)利用，是一種節(jié)能型材料。

1.4 組合能力強(qiáng)

LED 燈光源顆粒較小，組合方式多樣，可以根據(jù)實(shí)際要求，應(yīng)用于不同型號(hào)的燈具中，應(yīng)用范圍較廣，LED 燈具在橋梁、高架橋、城市建筑等方面都有較好的應(yīng)用，可以采用點(diǎn)線面結(jié)合的方式，提升光照效果。

2 LED 燈具的弊端

2.1 多種因素制約

LED 燈具與傳統(tǒng)燈具相比，光照效果好，還節(jié)能環(huán)保，符合當(dāng)下節(jié)能環(huán)保的時(shí)代主題。但是仍然存在一定的缺陷，LED 燈具在光學(xué)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)，采用排列方式配光，設(shè)計(jì)非常有限。同時(shí)LED 光源的光色方向性較強(qiáng)，所以難以有效的均衡平均照度，導(dǎo)致環(huán)境照度表現(xiàn)效果差強(qiáng)人意，燈下黑的情況時(shí)有發(fā)生。采用二次光學(xué)設(shè)計(jì)補(bǔ)充LED 燈具在一次光學(xué)設(shè)計(jì)方面存在的短板，LED 顆粒封裝技術(shù)要求較高，如果沒(méi)有完善的技術(shù)，很難解決LED 光源顆粒封裝期間，散熱性差以及高色溫差形成的實(shí)際問(wèn)題。在驅(qū)動(dòng)電路工作中，還容易發(fā)生很多故障，如果故障不能解決，將會(huì)大幅度的縮短LED 光源燈具的使用壽命，LED顆粒封裝存在問(wèn)題，不僅會(huì)影響LED 光源顆粒本身，還會(huì)影響LED 燈具的整體壽命。這無(wú)疑會(huì)提高LED 燈具維護(hù)成本，為此LED 顆粒封裝工作還需要進(jìn)一步加強(qiáng)，保證電子元器件在燈具應(yīng)用中，可以有效的解決其存在的故障，降低維護(hù)成本。

LED 燈具受到多種因素的制約，導(dǎo)致其使用壽命受到極大的影響，同時(shí)LED 燈具是一個(gè)集成產(chǎn)品，內(nèi)部包含驅(qū)動(dòng)電路以及各種電源器件，如果任何一個(gè)部分存在問(wèn)題，將會(huì)對(duì)LED 燈具造成極大的影響。經(jīng)過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，驅(qū)動(dòng)電路在LED 燈具工作期間，驅(qū)動(dòng)電路對(duì)燈具使用造成極大的影響，使得燈具壽命大幅度縮短。細(xì)致分析驅(qū)動(dòng)電路，其由多個(gè)電子元件組成，如果電子元件質(zhì)量存在問(wèn)題，在LED 燈具應(yīng)用過(guò)程中發(fā)生損毀，將會(huì)直接導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電路難以正常工作，使得LED 燈具整體壽命難以達(dá)到正常使用壽命。經(jīng)過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)內(nèi)部驅(qū)動(dòng)電路出現(xiàn)問(wèn)題后，驅(qū)動(dòng)電源的壽命一般都維持在2 萬(wàn)小時(shí)。除此之外，同時(shí)封裝技術(shù)在LED 燈具應(yīng)用期間，也是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，通過(guò)了解發(fā)現(xiàn)燈具的接觸面小，便會(huì)導(dǎo)致氣溫迅速升高，一旦氣溫到達(dá)一定范圍后，便會(huì)破壞燈具元件，導(dǎo)致燈具整體壽命受到影響，難以達(dá)到5 萬(wàn)小時(shí)的使用時(shí)間。

2.2 光線照度不均勻

LED 光源照射方向性強(qiáng)，導(dǎo)致二次配光設(shè)計(jì)并不能發(fā)揮作用。LED 顆粒第一次配光，采用排列組合的方式，由于排列組合方式組合燈具內(nèi)部元件，使LED 光源存在極大的局限性，導(dǎo)致光線照射平均照度無(wú)法達(dá)到人們?nèi)粘Ｊ褂靡?。采用二次配光設(shè)計(jì)，彌補(bǔ)一次配光設(shè)計(jì)，并能取得不錯(cuò)的表現(xiàn)效果，LED 燈具平均照度在升高很多，但是會(huì)影響到道路快車道上平均照度和均勻度，在燈下黑情況出現(xiàn)后，導(dǎo)致行人在道路上并不能準(zhǔn)確的判斷路面環(huán)境，通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前LED 燈具在道路方面的應(yīng)用，其環(huán)境照度值無(wú)法達(dá)到相鄰快車道的二分之水平。為了保證LED 燈具發(fā)光效率達(dá)到使用需求，需要將LED 光源色溫維持在5500 左右，考慮到芯片對(duì)LED 燈具發(fā)光產(chǎn)生的影響，如果熱量急劇上升，會(huì)導(dǎo)致燈具內(nèi)溫度迅速提高，從而使得發(fā)光效率大幅度下降，這樣便會(huì)影響到LED 發(fā)光的表現(xiàn)效果，導(dǎo)致電光轉(zhuǎn)換率快速降低，并不斷衰減直到失效。

2.3 設(shè)計(jì)工藝復(fù)雜

目前，我國(guó)LED 燈具散熱方式主要為風(fēng)扇式，自然對(duì)流式、散熱管以及回路散熱等方式。在眾多方式中以電扇散熱使用最為頻繁，但是電扇散熱效果差，同時(shí)并不穩(wěn)定，無(wú)法保證LED 燈具正常工作；其次，采用散熱器的方式，容易增加LED 燈具的實(shí)際重量。除此之外，使用散熱器還會(huì)破壞LED 燈具使用的穩(wěn)定性以及安全性，因?yàn)長(zhǎng)ED 燈具安裝在室外環(huán)境，所以會(huì)經(jīng)常受到外界環(huán)境因素的干擾，如果散熱器縫隙內(nèi)落入灰塵，堵塞散氣孔，難以保證散熱器經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后依然可以正常工作。一旦散熱器無(wú)法正常工作，便會(huì)導(dǎo)致LED 燈具無(wú)法在溫度升高之后控制溫度，在芯片高溫不退的狀況下，很可能會(huì)使光源迅速衰弱直至失效，一定程度上影響到LED 燈具的使用壽命。LED燈具采用一體化設(shè)計(jì)，在光學(xué)一次配光設(shè)計(jì)、二次配光設(shè)計(jì)、封裝技術(shù)作用下，制作LED 燈具。因?yàn)楣ば蜉^多，工藝非常復(fù)雜，燈具在工作一段時(shí)間后，必須要對(duì)發(fā)光顆粒進(jìn)行替換，但是LED 發(fā)光顆粒較小，難以憑借肉眼分辨，所以在更換發(fā)光顆粒時(shí)容易存在問(wèn)題，需要借助精密的儀器，才能了解LED 燈具內(nèi)部元件應(yīng)用狀況。LED 燈具采用的是整體設(shè)計(jì)，會(huì)對(duì)維護(hù)工作產(chǎn)生造成一定的干擾，無(wú)法在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行燈具維護(hù)。為此需要將LED 燈具拆裝，運(yùn)送到生產(chǎn)廠家開(kāi)展維護(hù)工作。目前，國(guó)內(nèi)LED燈具維護(hù)又存在內(nèi)部元件標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的情況，LED 燈具內(nèi)的發(fā)光顆粒、驅(qū)動(dòng)電路、主體軀殼等各部分，由不同的生產(chǎn)廠家生產(chǎn)，所以會(huì)在維護(hù)工作期間，存在較多難題。每個(gè)廠家設(shè)定的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)不同，導(dǎo)致燈具的兼容性較低，燈具內(nèi)部元件不具備通用性，導(dǎo)致維護(hù)工作異常艱難。同時(shí)LED 燈具驅(qū)動(dòng)電源還需要整體更換，為此在一定程度上提高了維修成本。根據(jù)最近的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，維修一整套的LED 路燈燈具，價(jià)值在3500 元左右，其中LED 驅(qū)動(dòng)電源價(jià)格就在每套700 元左右，因?yàn)長(zhǎng)ED 燈具維護(hù)成本較高，在很大程度上制約了LED 燈具的應(yīng)用與推廣。

3 結(jié)論

在節(jié)能環(huán)保的時(shí)代主題下，城市道路應(yīng)用LED 光源照明，已成為未來(lái)發(fā)展的主要趨勢(shì)，滿足國(guó)家低碳生活的需要，符合綠色照明節(jié)能減排的發(fā)展理念，考慮到LED 燈具在實(shí)際應(yīng)用方面存在的弊端，需要進(jìn)一步加強(qiáng)LED 燈具照明研究力度，逐步完善相關(guān)技術(shù)，制備工藝材料，解決LED 燈具在維修工作中存在的問(wèn)題，使LED 燈具可以在未來(lái)大范圍的推廣、應(yīng)用。