1.前言

　　長久以來，傳統光源----高壓鈉燈及部分金屬鹵化物燈一直在道路照明中起著主導作用。近年來，國內LED照明應用發展迅速，很多廠家相繼推出了大功率LED路燈，并作為節能產品越來越多的應用于道路照明中。本文就道路照明LED路燈在發展應用中的幾個問題做粗線探討。

　　LED作為一種半導體發光材料，與其它發光材料相比較，以其綠色、高效、可靠、耐用的優勢，受到國內外的關注。隨著半導體技術的不斷發展進步，LED 的應用可以說無處不在。特別是白光的取得，效率、壽命、穩定性等性能的提升和成本的不斷降低，更拓展了LED光源的應用領域。近年來，LED在景觀照明領域取得了一定的成功，LED路燈的開發研制，又開辟了更廣闊的天地。與傳統光源相比，LED在顯色性、節能環保、壽命以及數字化可控程度上都有著突出的優勢。我們相信，在逐步解決了散熱、光衰等一系列關鍵技術難題，并實現造價大幅度降低后，LED光源在道路照明領域同樣有著良好的發展前景。目前國內外已有數百家企業投入到LED路燈的開發研制中，其中部分產品已經投入批量生產。最近中國科技部組織實施了“十城萬盞”計劃，得到了全國各地的積極響應，創造出龐大的 LED 路燈市場，國內外一些應用試點示范也在如火如荼的展開。

　　2.為大功率LED路燈提供展示平臺

　　近年來，國內LED照明應用發展迅速，很多廠家相繼推出了大功率LED路燈，并作為節能產品越來越多的應用于道路照明中。天津市為了落實國務院節能減排的決定及建設部綠色照明計劃，確保天津市道路照明標準化、系列化、通用化的要求，針對LED道路照明產品質量與現狀，利用一年左右的時間，開展對生產企業所制造的LED道路照明產品進行性能測試與評估工作，為今后天津市道路照明建設提供合格的設施制造供應商，以保證天津市道路照明設施高水平建設、高效能運行。為體現測試與評估的嚴肅性，透明性，由天津市照明協會統一組織，與天津市產品質量監督檢測技術研究院、天津市路燈管理部門具體實施，組成專家委員會全程參與。

　　根據《天津市中心城區城市照明規劃》（2008――2020年）和《天津市中心城區城市照明規劃――道路照明專題》，參評設備的生產企業要根據道路情況提供10套同款式燈具進行測試;測試評估的照明光源功率為150W左右;依照《城市道路照明設計標準》，色溫為4500K左右。設施的安裝高度、間距，依據測試現場條件執行，保持公正、合理并條件相同。鑒于道路照明安全的要求，設施在初始安裝時，由路燈行管理部門統一實施。

　　在測試評估的一年期中，根據相關標準，進行12次路面平均照度Eav和均勻度UE 測試等數據測試，同時還要進行燈具輸入功率測試，燈具功率因數測試，光效測試，燈具配光曲線測試，色溫、色坐標、色度容差、顯色指數等顏色特性測試，低壓線路諧波含量，接地措施和介電強度及燈具IP等級的測試。還要對光衰及視覺效果做出評價。

　　實施此項半導體照明應用示范工程，也是推進中國科技部“十城萬盞”計劃的重大舉措。為今后城市規劃建設的重大標志性工程項目，積極引導推廣應用半導體照明產品，通過示范工程營造市場環境，帶動市場需求，在集成天津市現有LED資源的基礎上，引進國內外先進技術和產品，同時協調鼓勵國內外企業積極參與天津半導體照明應用示范工程的建設，建設具有國際先進水平的半導體照明應用示范工程，共同推動天津LED應用產品技術集成和創新。對建立室外照明應用展示交流中心，并建設成為LED產品和技術交流的全國平臺，有著積極地推動作用。

　　3.安裝與測試進展概況

　　截至目前，參加測試評估的參加LDE道路照明設備性能測試與評估的天津施萊德照明器材有限公司、天津市卓輝照明設備制造有限公司、常州亞聯燈具有限公司、中數程通（天津）科技有限公司、東莞市品元光電科技有限公司、天津市華彩電子科技工程有限公司、浙江生輝照明電器有限公司、天津中環華祥電子有限公司、江蘇宇泰光電科技有限公司、寧波燎原燈具股份有限公司、天津海宇照明照明技術有限公司、嘉善華江電子科技有限公司、山西光宇半導體照明有限公司、杭州紅劍立明科技有限公司、桐鄉市生輝照明電器有限公司、西安立明電子科技有限公司、寧波安迪光電科技有限公司、深圳聯創健和光電股份有限公司等40余個單位，提供室外安裝LED的燈具320臺，實驗室測試路燈40臺。參照《室外照明測量方法》GB/T15240-94，結合路面原燈桿安裝及路況環境狀況，選取各單位左右對側相鄰燈桿4盞燈具之間為測試區域，劃分為等距網格，9點布點方法，測點高度為路面。ST-80自動量程照度計（2009年3月天津市計量院檢測計量）月測后，出具測試點位數據通報。年測后出具完整測試數據及分析，并提供評估意見。

　　4. LED路燈在應用中的問題

　　在全球能源危機與環保壓力日益凸顯的形勢下，LED光源在道路照明中的應用已成為近年來半導體照明行業的熱點。LED器件產品應用到路燈上，對技術有什么特殊要求，LED路燈與目前高壓鈉傳統路燈相比有哪些優勢，還存在哪些不足，如何解決等一系列問題，都值得我們認真研究。

　　4.1 產品的標準化和通用性是大規模使用的基礎

　　目前推出的LED路燈，產品外觀、LED的發光顆粒的排布方式與數量、整流電路的外型尺寸和內部設計多種多樣。如：單管功率數量各異，1~5瓦不等;光分布情況各異，有蝠形、矩形、蝶翼型等;光學處理方式有自帶透鏡免二次光學處理和進行二次光學處理的;驅動器情況有專用驅動芯片IC和無電解電容;封裝情況有多芯片封裝和單科芯片封裝;技術線路情況有模、組式大功率、芯片集成式大功率、點陣式大功率等。電源裝配也有自帶一體化和外接電源兩種，散熱技術也各有千秋，這都給普及使用后的運行及維護工作帶來極大不便，也不符合市政公用設施標準化，通用化的設計原則。

　　我們認為，在今后的發展過程中，生產廠家應嚴格按照國家統一標準進行，確保產品在設備安全性和電氣性能方面安全可靠。同時，在城市照明領域得到應用的LED產品，必須對產品標準型、統一性提供以下保證。

　　如：對于同一個企業不同發展階段的產品之間，要保證主要電氣元件的標準性，統一性，避免因產品更新換代造成備品備件斷代;對于不同企業的產品之間，燈具主體，發光顆粒板、整流電路等主要電氣元件要依據國家標準，實現必要的標準性、統一性。

　　4.2 相應的國家標準是LED路燈市場健康發展的保障

　　LED的光電及熱學特性與傳統光源差異甚大，使現有LED的測量無法完全套用傳統照明光源的測量方法。目前LED無論在產品規格或測量上均缺乏適當的標準，使產品種類繁多，測量無標準，市場不規范，而產品的多樣性也導致企業不可能集中大規模生產。制定相關的LED標準已成為產業的迫切需求。而目前由全國照明電器標準化技術委員會“提出的普通照明用LED國家標準及行業標準”等在送審階段，預計將會陸續頒布實施。相關企業應進行新的市場定位和產品規劃，抓住新機遇，投入必要的質量保障手段。

　　4.3 光學設計、散熱是LED路燈面臨的主要技術問題

　　雖然大功率LED路燈研制發展的速度很快，但在應用中還不同程度的存在著瓦流明低、二次光效處理水平較低、系統光效較低、光衰快、壽命短、色溫偏差、光色不一、驅動器多故障等一系列問題。其中二次光學設計、散熱設計和電源穩壓器系統設計等主要技術問題，是提高發光效率和延長壽命的關鍵。

　　要真正充分發揮半導體光源的長處，LED的二次光學系統設計對LED路燈的配光及光學輸出效率至關重要。良好的道路照明要求LED路燈的配光為長方形的光型，路燈發出的所有光剛剛可以覆蓋住馬路，而馬路之外的光污染幾乎為零。香港理工大學的蔣金波博士介紹過兩種LED路燈的配光設計：第一種LED路燈采用軸對稱的全反射透鏡或反光杯，LED透鏡模組排列于一個弧面上以產生長方形的配光。全反射透鏡的引入可以極大地提高光的利用效率，但是弧形的LED模組的排列使高功率LED的散熱設計和機械結構比較麻煩。第二種LED路燈則采取非對稱的自由曲面透鏡，可以將長方形的配光直接由單個LED光學元件完成。整體燈頭只需將具有長方形配光的LED模組簡單的排列在一個平板上即可，這種LED路燈在機械結構、散熱及電源控制方面比較簡單，不同等級公路和不同燈桿高度的道路照明只需要增加不同數量的LED模組即可。非對稱自由曲面二次光學元件的采用可以使LED路燈的長方形配光直接在單個LED模組上實現。整體路燈只需要將這些LED模組陣列按照相同方向排列即可，從而可以簡化路燈機構、散熱及控制電源的設計。

　　應開發出適合封裝方式光源的配光器，更加合理、充分的利用光源發出的光線，使得燈具的整燈出光效率提升。目前LED的輻射形式有朗伯型、側射型、蝙蝠翼型、矩形、蝶翼和聚光型幾種。通過二次光學設計，使得LED的光照范圍、光度曲線符合道路照明的需求。

　　LED 是嵌入照明器具中使用的，由于LED 芯片的發熱量大，在做成大功率燈具時的重要關鍵技術就是“散熱”。雖說發光效率越來越高，但LED 芯片的發熱量仍然很大。PN結結溫每升高10度，半導體器件的壽命就減少1倍。LED 芯片的高溫度導致芯片本身及封裝樹脂性能的惡化，從而最終引起發光效率的降低和壽命的縮短。目前各生產單位都采取了不同的散熱措施，多為采用整體式的、系統性的散熱設計理念，應用高性能導熱材料。如鋁壓鑄模、鋁擠型齒狀散熱片、整體式齒狀散熱片、鋁擠型材橫列齒形散熱器、熱導管長鰭形、外部齒狀結構片、自然對流通體散熱等。還有采用超合金導熱管（導熱速度為純銅的100倍）與高密度散熱鋁鰭片結合。將芯片產生的熱量迅速的由點源轉為線源，使熱量均勻分布至散熱片。散熱片向下，避免灰塵鳥糞堆積。芯片的封裝、燈具散熱等因素都可能造成光衰減。

　　4.4 價格仍然是LED路燈大規模應用的最大障礙

　　目前LED路燈的成本還遠于高壓鈉燈，一款LED路燈價格在4000元--8000元，甚至更高，而一套進口品牌的高壓鈉燈（含燈具、成套電器光源）價格不超過1500元。就現狀而言，LED路燈明顯太貴，價高達3-5倍之多。因此即使LED路燈的耗電量僅是高壓鈉燈的三分之一，但由于價格比高壓鈉燈高許多，用LED路燈代替高壓鈉燈成本回收周期仍然會很長。

　　表1： 功率型LED與傳統道路照明光源的比較

　　所以，LED路燈要在道路照明市場正式推廣，價格及成本仍然是最大障礙。要使LED路燈下滑到與現有燈具的競爭價格，需要各廠商的成本下降。而近期只能是在LED技術不斷成熟，發光效率不斷提高的前提下，通過LED的壽命優勢、節能優勢來彌補燈具價格上的劣勢。

　　5.結語

　　LED路燈和傳統路燈光源比較有許多優點，但目前還有一些關鍵技術問題急需解決，開發、研制和推廣還要作很多工作。我們希望LED 路燈不斷進步，在不遠的將來，以優異的表現更廣泛地應用于城市照明的建設中。

　　參考文獻：

　　1. 蔣金波，《LED路燈透鏡的二次光學設計介紹》， 海峽兩岸照明會議 ，2008.11

　　2. 何秉云，《城市道路照明發展分析探討》，2009.8


?