LED 光源在道路照明設計過程中應用的優缺點

楊棟

（中設設計集團股份有限公司，江蘇 南京210014）

LED 通過半導體芯片發光，作為可以發光的二極管，通過少數載流子與多數載流子在得P-N 結中發生復合作用，使得發光子借由發射生成光能，完成電能向光能的轉變；LED 發光源使用的材料屬于綠色材料，內部不含汞，所以不會產生有害物質，不會對環境造成污染，同時LED 光源接近自然光，可以構建舒適、安全的視覺環境。

1 LED 光源的優勢

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在20 左右，同時LED 光源接近自然光，與自然光接近的物質，視覺接受能力越強，應用LED 光源，可以為人們提供舒適、安全的視覺環境，表1 為某道路不同燈具對比測試結果，原使用的高壓鈉燈250W，改換成LED 路燈140W。

表1 不同燈具對比測試結果

1.2 安全系數高

LED 光源電壓在于24 伏以下，這樣可以應用于眾多場所，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氧樹脂構成，一般不會出現松動的情況，同時產生光衰積碳發熱的可能性較低。與傳統燈具相比LED 光源燈具的壽命較長，一般可以維持在5 萬小時之上。

1.3 節能、環保

在節能環保為主題的時代背景下，LED 光源與自然光非常接近，同時節能環保，應用范圍廣，LED 光源通過半導體芯片發光，使用的材料不含汞，所以在光源工作期間，不會產生污染環境的物質，同時燈具材料可以循環利用，是一種節能型材料。

1.4 組合能力強

LED 燈光源顆粒較小，組合方式多樣，可以根據實際要求，應用于不同型號的燈具中，應用范圍較廣，LED 燈具在橋梁、高架橋、城市建筑等方面都有較好的應用，可以采用點線面結合的方式，提升光照效果。

2 LED 燈具的弊端

2.1 多種因素制約

LED 燈具與傳統燈具相比，光照效果好，還節能環保，符合當下節能環保的時代主題。但是仍然存在一定的缺陷，LED 燈具在光學設計的基礎上實現，采用排列方式配光，設計非常有限。同時LED 光源的光色方向性較強，所以難以有效的均衡平均照度，導致環境照度表現效果差強人意，燈下黑的情況時有發生。采用二次光學設計補充LED 燈具在一次光學設計方面存在的短板，LED 顆粒封裝技術要求較高，如果沒有完善的技術，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際問題。在驅動電路工作中，還容易發生很多故障，如果故障不能解決，將會大幅度的縮短LED 光源燈具的使用壽命，LED顆粒封裝存在問題，不僅會影響LED 光源顆粒本身，還會影響LED 燈具的整體壽命。這無疑會提高LED 燈具維護成本，為此LED 顆粒封裝工作還需要進一步加強，保證電子元器件在燈具應用中，可以有效的解決其存在的故障，降低維護成本。

LED 燈具受到多種因素的制約，導致其使用壽命受到極大的影響，同時LED 燈具是一個集成產品，內部包含驅動電路以及各種電源器件，如果任何一個部分存在問題，將會對LED 燈具造成極大的影響。經過調查發現，驅動電路在LED 燈具工作期間，驅動電路對燈具使用造成極大的影響，使得燈具壽命大幅度縮短。細致分析驅動電路，其由多個電子元件組成，如果電子元件質量存在問題，在LED 燈具應用過程中發生損毀，將會直接導致驅動電路難以正常工作，使得LED 燈具整體壽命難以達到正常使用壽命。經過計算發現內部驅動電路出現問題后，驅動電源的壽命一般都維持在2 萬小時。除此之外，同時封裝技術在LED 燈具應用期間，也是非常關鍵的環節，通過了解發現燈具的接觸面小，便會導致氣溫迅速升高，一旦氣溫到達一定范圍后，便會破壞燈具元件，導致燈具整體壽命受到影響，難以達到5 萬小時的使用時間。

2.2 光線照度不均勻

LED 光源照射方向性強，導致二次配光設計并不能發揮作用。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部元件，使LED 光源存在極大的局限性，導致光線照射平均照度無法達到人們日常使用要求。采用二次配光設計，彌補一次配光設計，并能取得不錯的表現效果，LED 燈具平均照度在升高很多，但是會影響到道路快車道上平均照度和均勻度，在燈下黑情況出現后，導致行人在道路上并不能準確的判斷路面環境，通過調查發現，目前LED 燈具在道路方面的應用，其環境照度值無法達到相鄰快車道的二分之水平。為了保證LED 燈具發光效率達到使用需求，需要將LED 光源色溫維持在5500 左右，考慮到芯片對LED 燈具發光產生的影響，如果熱量急劇上升，會導致燈具內溫度迅速提高，從而使得發光效率大幅度下降，這樣便會影響到LED 發光的表現效果，導致電光轉換率快速降低，并不斷衰減直到失效。

2.3 設計工藝復雜

目前，我國LED 燈具散熱方式主要為風扇式，自然對流式、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，同時并不穩定，無法保證LED 燈具正常工作；其次，采用散熱器的方式，容易增加LED 燈具的實際重量。除此之外，使用散熱器還會破壞LED 燈具使用的穩定性以及安全性，因為LED 燈具安裝在室外環境，所以會經常受到外界環境因素的干擾，如果散熱器縫隙內落入灰塵，堵塞散氣孔，難以保證散熱器經過一段時間后依然可以正常工作。一旦散熱器無法正常工作，便會導致LED 燈具無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燈具采用一體化設計，在光學一次配光設計、二次配光設計、封裝技術作用下，制作LED 燈具。因為工序較多，工藝非常復雜，燈具在工作一段時間后，必須要對發光顆粒進行替換，但是LED 發光顆粒較小，難以憑借肉眼分辨，所以在更換發光顆粒時容易存在問題，需要借助精密的儀器，才能了解LED 燈具內部元件應用狀況。LED 燈具采用的是整體設計，會對維護工作產生造成一定的干擾，無法在現場進行燈具維護。為此需要將LED 燈具拆裝，運送到生產廠家開展維護工作。目前，國內LED燈具維護又存在內部元件標準不統一的情況，LED 燈具內的發光顆粒、驅動電路、主體軀殼等各部分，由不同的生產廠家生產，所以會在維護工作期間，存在較多難題。每個廠家設定的產品標準不同，導致燈具的兼容性較低，燈具內部元件不具備通用性，導致維護工作異常艱難。同時LED 燈具驅動電源還需要整體更換，為此在一定程度上提高了維修成本。根據最近的統計發現，維修一整套的LED 路燈燈具，價值在3500 元左右，其中LED 驅動電源價格就在每套700 元左右，因為LED 燈具維護成本較高，在很大程度上制約了LED 燈具的應用與推廣。

3 結論

在節能環保的時代主題下，城市道路應用LED 光源照明，已成為未來發展的主要趨勢，滿足國家低碳生活的需要，符合綠色照明節能減排的發展理念，考慮到LED 燈具在實際應用方面存在的弊端，需要進一步加強LED 燈具照明研究力度，逐步完善相關技術，制備工藝材料，解決LED 燈具在維修工作中存在的問題，使LED 燈具可以在未來大范圍的推廣、應用。