LED路灯的发展浅析.doc

LED路灯的发展与应用浅析【摘要】如今的照明行业发展中，LED光源作为一个新兴的照明主力军，承担着重要的角色，由于其具有的新式特点，对于LED的应用已经上了历史的一个高度，特别是对LED路灯的应用。由于LED除了自身的优势外，应用为路灯时不可避免的具有一些劣势，所以在大范围普及的时候遇到了很多问题。本文通过分析LED路灯的各种优劣，得出问题所在和解决方案。【关键字】LED路灯 道路照明 半导体光源【前言】照明业长久发展以来，传统光源高压钠灯和部分金属卤化物灯一直起着最主导的作用，像钨丝灯。近年来Led作为一种半导体发光材料，与其他材料相比较，更加绿色，可靠，耐用，收到了国内外的关注。随着半导体技术的不断发展，进步，LED灯的应用无所不在，不仅降低了成本，还节能环保。而LED路灯的开发应用，更是开辟了更为广阔的天地。目前国内外已有数百家企业投入到LED路灯的开发研制当中，其中部分产品已经投入批量的生产，最近中国更是在组织“十城万盏”计划，得到全国各地的积极响应，创造了庞大的led路灯市场。本文就道路照明Led路灯在发展应用中的几个问题做粗线探讨。【正文】一、 LED的发光原理与优势1.Led发光原理发光二极管是由-族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光。假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面数m以内产生。理论和实践证明，光的峰值波长与发光区域的半导体材料禁带宽度Eg有关，即1240/Eg（nm）式中Eg的单位为电子伏特（eV）。若能产生可见光（波长在380nm紫光780nm红光），半导体材料的Eg应在3.261.63eV之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。2.LED灯的优点Led灯的优势包括一下几个方面：a，led基本上市一块很小的晶片呗封装在环氧树脂里面，所以它非常小，非常轻。b，led耗电相当低，直流驱动，超低功耗（单管0.03-0.06w），电光功率转换接近30%。一般来说led的工作电压是2-3.6V，工作电流是0.02-0.03A，这就是说，它消耗的电能不超过0.1W，相同照明效果比传统的光源节能近80%。c，led寿命很长，为固体的冷光源，环氧树脂封装，不惨在灯丝发光易烧，热沉积，光衰等缺点，在恰当的电流和电压下，使用寿命可达6万小时。d，高亮度，低碳量，而且环保，坚固耐用。e，led光源可利用红绿蓝三基色原理，在计算机技术控制下使用三种颜色的搭配，即可产生相对的颜色，形成不同光色组合的变化多端，实现丰富多彩的动态变化效果和图像。不过，同样led存在一些缺陷：虽然在国内商家的误导下，有人会认为led是用来代替lcd液晶的显示技术，但实际上，这种高能效的照明技术如今从各种指示灯，路灯，节日彩灯再到笔记本，电视背光都在广泛采用led照明，由于其高效能，人们都认为是一种环保做法。但是led仲也含有很多金属元素，在低亮度的红色led仲，其含铅量已经超标。Led单个的发光面也很窄，需要大规模的集成在线路板上。更重要的是，led点灯时间越久，荧光粉衰减得越快，进而导致人眼接触的蓝光波段的光照越来越强，使人眼受到伤害。所以led灯具在道路交通的led导航指示，led路灯，led台灯的使用上有一定的不利因素，容易让人在使用的过程中产生头晕眼花，不舒服的感觉，使得患眼病的几率有所提高。二、 LED大功率路灯应用和技术问题在全球能源危机与环保压力日益凸显的形式下，Led光源在道路照明中的应用已成为近年来半导体照明行业的特点，LED期间产品应用到路灯上的技术需求，包括LED与目前高压钠传统路灯相比有哪些优势，还存在哪些不足，如何解决等一系列问题，都值得我们认真研究。虽然大功率的LED灯研制发展的速度很快，但在应用中海油不同程度的存在着瓦流明低，二次光效处理水平较低，光衰快，寿命短，色温偏差，光色不一等问题。要真正的充分发挥半导体光源的长处，LED的二次光学系统设计对led路灯的赔光及光学输出效率至关重要。良好的道路照明要求LED路灯的赔光未长方形的光型，路灯发出的所有光刚刚好可以覆盖住马路，而马路之外的光污染率几乎为0。可以采用两种LED路灯的赔光设计：1.LED路灯采用永轴对称的反射镜或反光环，LED透镜模组排列与一个弧面上以产生长方形的配光。全反射透镜的引入可以极大地提高光的利用效率。2.LED路灯采用非对称的自由曲面透镜，可以将长方形的配光直接由单个led光学元件完成。整体灯头只需将具有长方形配光的LED模组简单排列在一个平板上即可。从而可以简化路灯机构，散热及控制电源设计。目前，LED 路灯在次干路和支路上的应用前景非常好。次干路是城市中与主干路结合组成路网，起集散交通作用的道路。次干路的照度要求达到15lx，照度均匀度0.4，平均亮度要求达到1.0cd/m2，亮度总均匀度0.4，亮度纵向均匀度0.5，阈值增量10。达到节能水平的LED 路灯，在照明质量达到以上要求的同时照明功率密度应小于国家标准的规定，当车道数4 条时，照明功率密度0.70，车道数4 条时，照明功率密度0.85。为满足上述要求，LED 路灯的配光形状应有严格的要求。在马路的纵向，光束应投射到较远的地方，使得灯具的间距增大。在路灯的下方，光强应是最小的，随着仰角 增大，光强I增大。当I和 满足一定的函数关系时，路面能得到均匀的照度。此函数关系如下：照明工程师社区j,Z$N V5Fp照明工程师社区a0k3C4F_ i4t 当然，由于光学设计的复杂性，配光形状难以完全符合此函数关系，可以减小 角的投射范围，减少灯间距来得到均匀的照度。在马路纵向，最大光强度的投射方向与马路纵线应成一定的角度c，角度c 的大小决定于马路的宽度，见图2。在垂直于马路的方向上，路灯的配光曲线形状也可以按这个函数关系设计， 角的范围决定于马路的宽度(c=90)和人行道的位置(c=270)，见图3。照明工程师社区esy!N | Ei x目前，在许多工厂设计的LED 路灯中也不乏有配光姣好的例子。比如图4 是一款120WLED 路灯的配光曲线。它的最大光强通过c 角15， 角57.5。c=0、180、15的配光曲线的形状接近于公式1 的函数关系式。此灯具用在四车道的次干路上，双侧对称布置，当灯杆高度为8 米，灯具间距30 米时，照明质量符合国家关于道路照明标准的要求，结果如表1。其照明功率密度(LPD)是0.70，也达到了对高压钠灯路灯的照明功率密度要求。三、 LED路灯的发展前景事实上我国已经有一批在大功率LED路灯生产销售和产品研发上取得了不俗成绩的企业。如勤上光电在大功率LED的研发上取得了重大成绩，其与清华大学共同研制的大功率LED路灯系列在非成像二次光学系统、散热设计系统、电路驱动系统、无线通信智能控制系统等方面都实现了重大突破，比传统高压纳灯节能60%以上，并拥有100多项国家发明专利。产品大功率LED路灯被评为政府采购品牌。桑达股份则与欧司朗在亚太地区建立更广泛的LED街道照明合作伙伴关系。台湾和国外厂商也把大功率LED路灯作为重点产品开发。深圳、长沙、合肥等大城市已经大面积试点应用大功率LED路灯。（来自LED商务网）目前LED路灯的成本还远高于高压钠灯，一款LED路灯的价格在4000-8000元，甚至更好，而一套高压钠灯价格不过1500元。就现状而言，LED路灯显然太贵，因此即使LED路灯的耗电量比钠灯低，但由于价格太贵，所以用LED路灯代替高压钠灯回收成本的周期仍然很长。下表为功率型LED与传统道路照明光源的比较所以，LED路灯要在道路照明市场正式推广，价格及成本仍然是最大障碍，要是LED路灯下滑与现有的灯具竞争价格，需要各厂商的成本下降。而近期只能在LED技术不断成熟，发光效率不断提高的前提下，通过LED的寿命优势，节能优