论LED排布方式对公交候车亭灯箱照度及均匀度的影响

郑前列 王梁伟 江天波

【摘要】LED背光源功率一定时，LED灯珠在候车亭灯箱中以横向纵向不等间距、横向纵向等间距两种方式排布，通过ZEMAX软件对两种排布方式候车亭灯箱进行仿真模拟，并用照度计测量实际候车亭灯箱的照度和均匀度。测试结果显示，LED灯珠横向纵向等间距排布候车亭灯箱平均照度494勒克斯，明显高于LED灯珠横向纵向不等间距排布候车亭灯箱的平均照度403勒克斯，照度提升了22.5%。横向纵向等间距排布候车亭灯箱均匀度61%，优于横向纵向不等间距候车亭灯箱的54%。

【关键词】发光二极管；照度；均匀度；光学模拟

引言

公交候车亭作为城市公交系统最重要的一部分，方便市民乘车，为乘客遮风挡雨，不同城市不同风格的公交候车亭还是城市形象展示的窗口和平台[1]。公交候车亭广告灯箱照明常用光源有T8、T5、T4灯管、EEFL以及LED背光源加扩散板。表1是几种候车亭灯箱照明光源的比较。荧光灯能耗大，管内汞蒸汽对环境污染严重，目前没有有效的大范围应用的处理方式[2]，不符合国家节能减耗政策。目前小范围使用的LED照明背光源均加装亚克力板扩散板，以达到背光均匀化，扩散板用量大、成本高、长期使用易变形、发黄，影响使用效果。

LED产品高亮度、低能耗、寿命长、启动快，功率小、无频闪、无污染、不产生视觉疲劳等优点，使得LED产业进入高速发展阶段，在传统照明行业占的比例也越来越大，其最终将替代传统照明产品[3]。LED已普遍应用于户内外广告灯箱照明中，但在公交候车亭上的应用才刚刚起步。LED光效高，是荧光灯的三倍，加装透镜后灯珠发光角度达到160°-180°，无需加装扩散板便可以达到较好的均匀度。本文通过改变LED灯珠在候车亭灯箱中的排布方式，可以在不改变LED背光源总功率的情况下改善候车亭灯箱照度均匀度，同时提高候车亭灯箱照度。

1.LED背光源候车亭灯箱

1.1LED背光源候车亭灯箱

试验灯箱有效出光面尺寸3500mm*1500mm，使用双面带透镜LED硬灯条，正面灯珠1w/颗、背面灯珠0.7w/颗。两种灯箱LED背光源排布方式如下表2：

2.仿真分析与实验结果

应用ZEMAX软件对灯箱A、灯箱B仿真模拟，如图1所示，可以看出灯箱A照度纵向分布均匀，横向照度差距大，且间歇分布，易出现排骨纹。灯箱B灯珠中心处照度强，周边稍弱，呈网状分布，横向纵向分布较均匀。从灯箱A、B横向、纵向照度分布曲线可以看出，灯箱B横向照度曲线较灯箱A密集、峰谷值小，均匀性好。灯箱B纵向照度曲线较之灯箱A峰谷值相差不大，均匀性略弱于灯箱A。由（b）、（c）、（d）、（e）计算出灯箱A、灯箱B横向、纵向的不均匀性见表3。根据灯箱A、B照度图1及表3可以看出灯箱B总体均匀性优于灯箱A，即LED灯珠在候车亭灯箱中横向、纵向等间距排布时均匀性好，照明显示质量高。

图1 灯箱A、灯箱B照度仿真模拟

根据设计与模拟，制作出灯箱A、B。由于灯箱的高度对称性，我们在灯箱出光面对称的四分之一面积上采用四角布点法[4]，用照度计测试每个点的照度，计算灯箱测试面积的平均照度、均匀度，测试数据结果曲线如图2所示。计算得出灯箱A的平均照度403lux，均匀度54%；灯箱B平均照度494lux，均匀度61%。结果显示LED背光源总瓦数相同时，灯箱B的平均照度较灯箱A增加了91勒克斯，提高了22.5%。灯珠横纵等间距排布时灯箱平均照度高，无暗区。

图2 灯箱照度曲线

3.结语

通过ZEMAX光学仿真模拟以及实际测试实验证明，LED替代T式荧光灯应用在公交候车亭上，满足照明使用的同时，既节能，又环保。LED背光源总功率一定时，LED灯珠在候车亭灯箱中横向、纵向间距相等排布时，可以大大提高候车亭灯箱背光照度、并改善均匀度，提高候车亭灯箱显示质量。

参考文献

[1]门雷元.济南市城市公交候车亭的人性化设计[D].山东大学，2007

[2]官国雄.废旧灯管汞污染危害与防治对策[J].照明工程学报，2009（02）

[3]吕慧敏，蔡永泉.节能高手—LED的应用[J].现代显示，2006（10）：48-52.

[4]孙丽，关德鹏，范魁元，于晓洋，王颖.车间照度测量与分析方法研究[J].大连交通大学学报，2015（01）