LED 光源在道路照明设计过程中应用的优缺点

杨栋

（中设设计集团股份有限公司，江苏 南京210014）

LED 通过半导体芯片发光，作为可以发光的二极管，通过少数载流子与多数载流子在得P-N 结中发生复合作用，使得发光子借由发射生成光能，完成电能向光能的转变；LED 发光源使用的材料属于绿色材料，内部不含汞，所以不会产生有害物质，不会对环境造成污染，同时LED 光源接近自然光，可以构建舒适、安全的视觉环境。

1 LED 光源的优势

1.1 显色效果高

LED 光源显色性在70 以上，在高压钠灯显色方面表现在20 左右，同时LED 光源接近自然光，与自然光接近的物质，视觉接受能力越强，应用LED 光源，可以为人们提供舒适、安全的视觉环境，表1 为某道路不同灯具对比测试结果，原使用的高压钠灯250W，改换成LED 路灯140W。

表1 不同灯具对比测试结果

1.2 安全系数高

LED 光源电压在于24 伏以下，这样可以应用于众多场所，且安全性较高，照度效果好。LED 光源虽然是固体冷光源，但是采用密闭材料环氧树脂构成，一般不会出现松动的情况，同时产生光衰积碳发热的可能性较低。与传统灯具相比LED 光源灯具的寿命较长，一般可以维持在5 万小时之上。

1.3 节能、环保

在节能环保为主题的时代背景下，LED 光源与自然光非常接近，同时节能环保，应用范围广，LED 光源通过半导体芯片发光，使用的材料不含汞，所以在光源工作期间，不会产生污染环境的物质，同时灯具材料可以循环利用，是一种节能型材料。

1.4 组合能力强

LED 灯光源颗粒较小，组合方式多样，可以根据实际要求，应用于不同型号的灯具中，应用范围较广，LED 灯具在桥梁、高架桥、城市建筑等方面都有较好的应用，可以采用点线面结合的方式，提升光照效果。

2 LED 灯具的弊端

2.1 多种因素制约

LED 灯具与传统灯具相比，光照效果好，还节能环保，符合当下节能环保的时代主题。但是仍然存在一定的缺陷，LED 灯具在光学设计的基础上实现，采用排列方式配光，设计非常有限。同时LED 光源的光色方向性较强，所以难以有效的均衡平均照度，导致环境照度表现效果差强人意，灯下黑的情况时有发生。采用二次光学设计补充LED 灯具在一次光学设计方面存在的短板，LED 颗粒封装技术要求较高，如果没有完善的技术，很难解决LED 光源颗粒封装期间，散热性差以及高色温差形成的实际问题。在驱动电路工作中，还容易发生很多故障，如果故障不能解决，将会大幅度的缩短LED 光源灯具的使用寿命，LED颗粒封装存在问题，不仅会影响LED 光源颗粒本身，还会影响LED 灯具的整体寿命。这无疑会提高LED 灯具维护成本，为此LED 颗粒封装工作还需要进一步加强，保证电子元器件在灯具应用中，可以有效的解决其存在的故障，降低维护成本。

LED 灯具受到多种因素的制约，导致其使用寿命受到极大的影响，同时LED 灯具是一个集成产品，内部包含驱动电路以及各种电源器件，如果任何一个部分存在问题，将会对LED 灯具造成极大的影响。经过调查发现，驱动电路在LED 灯具工作期间，驱动电路对灯具使用造成极大的影响，使得灯具寿命大幅度缩短。细致分析驱动电路，其由多个电子元件组成，如果电子元件质量存在问题，在LED 灯具应用过程中发生损毁，将会直接导致驱动电路难以正常工作，使得LED 灯具整体寿命难以达到正常使用寿命。经过计算发现内部驱动电路出现问题后，驱动电源的寿命一般都维持在2 万小时。除此之外，同时封装技术在LED 灯具应用期间，也是非常关键的环节，通过了解发现灯具的接触面小，便会导致气温迅速升高，一旦气温到达一定范围后，便会破坏灯具元件，导致灯具整体寿命受到影响，难以达到5 万小时的使用时间。

2.2 光线照度不均匀

LED 光源照射方向性强，导致二次配光设计并不能发挥作用。LED 颗粒第一次配光，采用排列组合的方式，由于排列组合方式组合灯具内部元件，使LED 光源存在极大的局限性，导致光线照射平均照度无法达到人们日常使用要求。采用二次配光设计，弥补一次配光设计，并能取得不错的表现效果，LED 灯具平均照度在升高很多，但是会影响到道路快车道上平均照度和均匀度，在灯下黑情况出现后，导致行人在道路上并不能准确的判断路面环境，通过调查发现，目前LED 灯具在道路方面的应用，其环境照度值无法达到相邻快车道的二分之水平。为了保证LED 灯具发光效率达到使用需求，需要将LED 光源色温维持在5500 左右，考虑到芯片对LED 灯具发光产生的影响，如果热量急剧上升，会导致灯具内温度迅速提高，从而使得发光效率大幅度下降，这样便会影响到LED 发光的表现效果，导致电光转换率快速降低，并不断衰减直到失效。

2.3 设计工艺复杂

目前，我国LED 灯具散热方式主要为风扇式，自然对流式、散热管以及回路散热等方式。在众多方式中以电扇散热使用最为频繁，但是电扇散热效果差，同时并不稳定，无法保证LED 灯具正常工作；其次，采用散热器的方式，容易增加LED 灯具的实际重量。除此之外，使用散热器还会破坏LED 灯具使用的稳定性以及安全性，因为LED 灯具安装在室外环境，所以会经常受到外界环境因素的干扰，如果散热器缝隙内落入灰尘，堵塞散气孔，难以保证散热器经过一段时间后依然可以正常工作。一旦散热器无法正常工作，便会导致LED 灯具无法在温度升高之后控制温度，在芯片高温不退的状况下，很可能会使光源迅速衰弱直至失效，一定程度上影响到LED 灯具的使用寿命。LED灯具采用一体化设计，在光学一次配光设计、二次配光设计、封装技术作用下，制作LED 灯具。因为工序较多，工艺非常复杂，灯具在工作一段时间后，必须要对发光颗粒进行替换，但是LED 发光颗粒较小，难以凭借肉眼分辨，所以在更换发光颗粒时容易存在问题，需要借助精密的仪器，才能了解LED 灯具内部元件应用状况。LED 灯具采用的是整体设计，会对维护工作产生造成一定的干扰，无法在现场进行灯具维护。为此需要将LED 灯具拆装，运送到生产厂家开展维护工作。目前，国内LED灯具维护又存在内部元件标准不统一的情况，LED 灯具内的发光颗粒、驱动电路、主体躯壳等各部分，由不同的生产厂家生产，所以会在维护工作期间，存在较多难题。每个厂家设定的产品标准不同，导致灯具的兼容性较低，灯具内部元件不具备通用性，导致维护工作异常艰难。同时LED 灯具驱动电源还需要整体更换，为此在一定程度上提高了维修成本。根据最近的统计发现，维修一整套的LED 路灯灯具，价值在3500 元左右，其中LED 驱动电源价格就在每套700 元左右，因为LED 灯具维护成本较高，在很大程度上制约了LED 灯具的应用与推广。

3 结论

在节能环保的时代主题下，城市道路应用LED 光源照明，已成为未来发展的主要趋势，满足国家低碳生活的需要，符合绿色照明节能减排的发展理念，考虑到LED 灯具在实际应用方面存在的弊端，需要进一步加强LED 灯具照明研究力度，逐步完善相关技术，制备工艺材料，解决LED 灯具在维修工作中存在的问题，使LED 灯具可以在未来大范围的推广、应用。