浅议LED路灯目前的制作现状及发展方向

1、针对世界金融风暴的应对，中央发改委拿出4万亿连同地方财政的支持预计将有10多万亿的资金投入到国家交通、扶持企业、完善基础建设上。最近国家科技部在全国启动“十城万盏”LED路灯半导体照明应用工程，在这股强劲东风下，一贯得到政府支持的半导体照明产业，将是一个大发展的契机。许多企业都看好这个朝阳产业的发展空间，特别是半导体户外照明的明显节能优势。近2年一哄而上的诸多企业，在还不甚了解半导体道路照明制作的特点下，模拟、仿造、沿着现今的常规照明路灯多种“蛇头”形状制作，一时间“百家争鸣，百花齐放”的产品纷纷推向市场。经过这两年上路实验情况的检验，大部分的产品均存在不同程度的问题。 具体表现在： 1.由于

2、对LED光源工作条件的要求不甚了解造成光衰减严重甚至于死灯。 2.对道路照明要求感悟不足，科学性点光源光学配光难点及对色温在道路照明中的重要性忽略，易造成眩光，斑马效应和在空气污染严重，下雨有雾天气的环境中，造成灯亮地面不够亮的现象。 3.对保证LED工作条件和对电源技术性的认知程度不足，造成产品在电源上的故障层出不穷。 4.对当今LED路灯实用性道路的应用概念不清，盲目的与大功率气体放电灯“媲美”不计成本的制作超大功率LED路灯，造成不切合实际的价格昂贵的路灯产品难以推广。 5.对道路照明要求模糊，实际使用维护的欠考虑，造成直接使用业主的抵制。 本人针对以上问题与大家一起讨论解决方案： 对L

3、ED光源的工作环境这个问题的讨论，需具备了解LED的基本常识；发光二极管其核心是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，其现今大功率LED发光效率约为30，70将是热能，需要将其散热处理。如图1所示。（附图1） 表2是大功率白光LED的结温TJ在亮度衰减70时与寿命的关系(不同LED生产厂家的寿命并不相同，仅做参考)。 在表2中可看出：TJ=50时，寿命为90000小时，TJ=80时，寿命降到340

4、00小时，TJ=115时，其寿命只有13300小时了。TJ在散热设计中要提出最大允许结温值TJmax，实际的结温值TJ应小于或等于要求的TJmax，即TJTJmax。 从以上的测试数据图示经测试发光二极管可正常工作的环境温度其结温温度应（85）。高于此温度范围效率将大大降低，甚至于烧毁。如表2所示。从图表中可以看出温度对其直接影响的重要性。特别值得一提的是，对散热材料的热平衡速度要求重视度，造成光源的热得不到有效的处理引起光衰减严重。现在许多生产厂家大功率LED的热沉散热壳体应用基本采用不同的合金铝材料，其导热系数不一，一些材料的散热速率难以满足LED工作条件。不可忽略的铝基板及导热硅胶，硅脂

5、材料的导热环节，使用材料的实际寿命质量，将直接影响LED的工作散热条件。如何减少中间环节，直接与热沉散热近距离接触将热量快速达到平衡的有效散热，是现今高质量的LED灯具产品开发需考虑的方向。先从材料分析： 金属的热传导系数表： 银 429铜 401金 317铝 237铁 80锡 67铅 34.8 银热传导系数比较好，但缺点就是价格太高，纯铜散热效果则次之，但已经算是非常优秀的了。不过铜也有缺点：造价高、重量重、不耐腐蚀等。所以现在大多数散热片都是采用轻盈坚固的铝材料制作的，其中铝合金的热传导能力最好，好的风冷散热器一般采用铝合金制作。至于铜，目前市场上也出现了纯铜的散热器，铜的导热性能比起铝要

6、快的多，但铜的散热没有铝快，铜可以快速的把热量带走，但无法在短时间内把本身的热量散去，另外铜的可氧化性是铜本身最大的弊病。当铜一旦出现氧化状态，从导热和散热方面都会大大的下降。从对比上看，最好的散热材料也并不是铝材。铜和铝的对比中形成了一种新型的工艺铜铝结合。所谓的铜铝结合就是把铜和铝用一定的工艺完美的结合到一块，让铜快速的把热量传给铝，再由大面积的铝把热量散去，这不但增充了铝的导热不及铜，还弥补了铜的散热不如铝，有机的结合从而达到急速传热快速散热的效果。多篇文章中都阐述了散热是靠面积而不是看体积的大小，许多企业都了解了个中道理，壳体采用多层翅片散热，但对热沉散热壳体的翅片忽略了防尘和积尘，日

7、积月累将会影响壳体的散热效果。应从在自然条件下规避积尘的最小化，不同方向的风和雨的自然冲刷可易性和清除灰尘的粘敷性。保证热沉壳体的散热效果不受恶劣环境的影响，散热通道的畅通，做到真正的长寿命。 大家共同来探讨一个设计方式：散热是靠面积的道理显而易见，是否可以将散热面做成柱状或多面形锥体。（分析见附图2） 在增加散热面保证散热效果的基础上，解决了不同方向的风和雨的自然冲刷可易性和清除灰尘的粘敷性的问题，保证了热沉壳体的散热效果不受恶劣环境的影响。 以现在的金属加工技术来看，机械加工是不可能做出理想化的绝对的平整表面，即便是镜面，也有很多细小的坑凹，只是肉眼不太容易发现，除了表面上存在坑凹外，还会

8、有很多细小杂质，如灰尘什么的。当散热器表面和芯片表面接触时，存在的很多沟壑或空隙中都是空气。空气的导热能力很差，因此必须用其它物质来降低热阻，否则散热器的性能会大打折扣，甚至无法发挥作用。作为解决办法，导热介质就应运而生了，它的作用就是填充两个接触表面之间大大小小的空隙，增大发热源与散热片的接触面积。导热硅脂是我们最常见的导热介质。 导热硅脂是用来填充铝基板与散热片之间的空隙的材料的一种，这种材料又称之为热界面材料。其作用是用来向散热片传导铝基板散发出来的热量，使铝基板温度保持在一个可以稳定工作的水平，防止铝基板因为散热不良而损毁，并延长使用寿命。作为一种化学物质，导热硅脂有着一些反映自身特性

9、的相关性能参数。了解这些参数的含义，大致上可以判断一款导热硅脂产品的性能高低。导热系数（Thermal Conductivity）导热系数的单位为W/mK（或W/m），表示截面积为1平方米的柱体沿轴向1米距离的温差为1开尔文（K=+273.15）时的热传导功率。数值越大，表明该材料的热传递速度越快，导热性能越好。目前主流导热硅脂的导热系数均大于1W/mK，优秀的可达到6W/mK以上，是空气的200倍以上。但是和铜铝这些金属材料相比，导热硅脂的导热系数只有它们的1/100左右，换而言之，在整个散热系统中，硅脂层其实是散热瓶颈之所在。对于一个散热系统而言，不仅是散热器的事，导热介质也是很重要的组成

10、部分：散热系统的总热阻 = 散热器热阻 + 导热介质热阻导热硅脂作为我们最常用的导热介质，其重要性不言而喻了，要降低其热阻，一方面取决于产品本身的性能， 另一方面取决于对产品的使用。因此我们要尽量选用那些导热性能好热阻低的导热硅脂，并在使用上多加注意，在保证硅脂完全填充热源和散热器表面空隙前提下，涂抹方式硅脂层尽可能地薄。值得大家注意的是普通导热硅脂在高温环境中使用一段时间后会出现“干化”或“硬化”现象，将会大大影响散热效果。因此在铝基板与热沉之间的导热环节需重视。 有关人士正研究在热沉材料上进行特殊的陶瓷化处理直接安装线路，经过这样的优化后将会根本解决散热的导热环节。从国内现有参与制作LED

11、路灯的企业厂家来看，大部分是没有制作过路灯，对路灯制作的技术具体要求较模糊，互相参照模仿，以常规传统“蛇头”形状制作具多。当今LED路灯矩形状的重量与风阻影响着路灯的改造安装，在光学配光和维护要求上与其常规气体放电灯灯具相比难度较大，特别是直接的使用方业主反应强烈，给应用推广带来了困难。 我从国家电光源检测中心得到的相关信息，在诸多厂家送检产品中就在IP防护这一项目上，绝大多数存在问题，而且意识不到问题的所在，认为我们的产品在水里都浸泡过也没有问题，怎么到检测中心就出问题？相信也有些产品在使用一段时间暴露出光源腔体存有水气。我看到许多厂家在检测中心排队送检的产品，感到心痛，很多弯路是可以避免的

12、。在灯体密封结构上，在密封圈的材料选用上,飞利浦的灯具在这方面就做了专门的研究。 在路灯造型结构设计上，不要跟着传统路灯的模样走。路灯的功能是要达到道路照明的要求，可以发挥LED光源的任意组合强项，可制作成“变形金刚”的特点，能真正做到“白天观景，夜晚观灯”的城市景观效果。道路照明要求的是；一定的照度和路面均匀度与平均照度，常规照明灯具反射器的缺憾在路面平均照度上难以达到标准要求。在灯具出光效率的有效利用上，传统路灯的效率标准应70为合格，但实际上有一部分溢散光不能准确地控制在照射面上并且无法利用，造成光污染，有效利用率约50%，而LED路灯的光学配光可以准确控制光线方向，有效利用率达60%以

13、上。 从当今大功率LED路灯点光源及光效的特点来看，要满足道路照明的要求，必须要把有效的光强利用到有效的照明范围，道路照明的灯杆间距基本在3040m，要保证道路的平均照度要求，其点光源LED灯具配光要使得路面没有斑马效应，需进行相应的二次光学系统配套设计。 以某款灯为例：见附图；高质量的大功率LED路灯用模块化配套的二次光学系统可以有效控制路灯照明的平均照度，10米高时为34米12米近似矩形光斑，光斑形状与均匀度均能满足道路照明要求。 （见附图3二次光学配光） 从以上两点可以看出，只要LED路灯二次光学设计合理，投向目标照射面的有效光通量和传统路灯基本接近。 目前LED路灯的配光技术已经有了很

14、大的发展，有些厂家已经开发出良好的二次配光系统，而不再是单纯依靠光源排列来配光，但综合看，配光还不能做到完全合理，有些在道路内侧的配光较亮，均匀度也能满足要求，但人行道侧环境光的亮度明显不足，SR值明显不符合要求，还是厂家设计人员对道路照明标准的要求理解不够。 LED路灯的色温问题： 目前大功率LED路灯基本上是采用5000K 左右所在色温的白光。作为道路照明光源，视觉感过分阴冷，同时远视时观察能力会下降，在这方面路灯使用单位最有发言权，3000K左右的黄光或暖白光是比较适合道路照明的，因此日光色的LED路灯不适合做路灯使用。 当今LED路灯在产品规格方面缺少统一的技术标准，目前还没有统一的L

15、ED路灯生产技术标准，每个厂家按自己的标准生产自己的产品，彼此间是很难通用的，另外LED路灯生产厂家的灯具自成体系，光源电器组装和灯具捆绑在一起，各自不同的工作特性难以维护，维护时必须使用原厂产品。而高压钠灯由于技术标准的统一，灯具、光源、电器方面通用性较强，不同厂家之间的产品可以互用，从维护角度考虑，这是非常重要，而维护对于路灯管理单位来说 则又是重中之重，只有这样才可以及时对故障路灯进行维护，保证完好的亮灯率（上级部门对路灯管理考核中最重要的一项内容），同时大大降低维护成本。可以说在LED路灯目前的发展状况下，一旦出现故障时，只能整个灯具进行更换，除了高额成本外，而维护的时间也要大大廷长，

16、这对使用单位来说的非常不利的。对灯具的维护 ，常规照明灯具要简易的多，可在现场直接更换光源电器，成本也较低。而当今许多生产厂家的LED路灯，可能厂家认为是免维护的，所以现场的维护就无法进行了，维修方面真正的负担还是交给了生产厂家。殊不知；造成产品难以推广的瓶颈还是来之于直接使用单位。 针对当今LED路灯应用推广其中的两大难题：1. 维护困难 2. 大功率LED电源的瓶颈 根据这两大难点我个人建议；从安全、维护方便更换，规避大功率电源的质量风险。模块化组合式设计一定是发展的方向。做成标准模块化，诸如30w，40w，50w连同适合本功率电源一体化。不但解决了大功率电源的风险，而且遇到故障换用方便。

17、单组模块又可以一款灯多用途，可改装为LED隧道灯、LED顶棚灯、LED洗墙灯、LED投光灯、LED隧道灯等，一套方案多款灯具。 （见附图4） 散热材料，导热环节和科学化的造型结构设计，在现今大功率LED路灯的制作中，值得大家去感悟。从LED路灯市场的置疑甚至排斥，走到了现在的尝试与接纳，我们看到了前景的曙光，但我们还需要一段路要走。随着大功率LED光效的不断提高和硅基LED日新月异的发展，将根本解决半导体照明光源高价格的瓶颈，让我们共同携起手来摸索与探讨，相信在大家的努力下，用第四代光源做出更好的LED路灯照明灯具，取代高压钠路灯这段路不会很远！ 浅议半导体路灯制作的思路随着地球能源的不断消耗

18、和资源的贫乏，温室效应对人类的危害，大气环境对地球的严重污染，国际上要求节能降耗的呼声越来越高。当今节约能源排在首位，而道路照明约占整个照明用电量的30，与人们生产生活密切相关。城市乡村道路将越开越多、越开越宽，需要大量各种节能灯具相配套，随着我国城市化进程的加快，绿色、高效、节能，长寿命的 LED 路灯逐渐走入人们的视野。目前，LED 照明技术日趋成熟，大功率 LED 光源功效已经达到 80 lm/W ，城市路灯照明节能改造成为可能。 针对整个朝阳产业的商机，为了抓住时机，抢占更多的市场，创造更多的效益，许多灯具公司都在争相开发各种道路灯具来满足用户的需要，甚至一些原来不生产照明产品的企业也

19、纷纷上马，但由于照明知识的感悟层次差异，造成了现在的半导体灯具产品混乱局面，一些企业产品还走入了误区，给终端客户带来了很大的负面影响。 LED与传统的照明灯不同，它具有点光源、高亮度、窄光束输出等特点。因此对LED新型灯具的设计人员将提出更高的要求。做LED路灯首先要考虑把有限的光通量充分的利用到有效的照射范围。路灯要求是路面照明效果，超出路面的空地不是路灯照明的方式。因此，有效的控制光线的分布范围，使发光管发出的光成为一个长条形光带沿路面方向铺展，同时也要兼顾眩光的产生，在驾驶员观看灯具的方位角上，灯具在80和90高度角方向上的光强分别不得超过30cd/1000lm和10cd/1000lm，

20、且不管光源光通量的大小，其在90角方向上的光强最大值不得超1000cd。因此，如果对出光角不加严格的控制就会产生强烈的眩光，某些高亮度LED产品甚至会对人体造成一定的光辐射危害。 路灯照明是个系统工程，要做好半导体路灯首先要清楚的认识道路照明的标准及要求和常规照明灯具的配光原理，球形面光的反射器和点光源的合理配光差别之处，优劣的互补，充分发挥LED点光源光束角的可控性优点及冷光源长寿命的优势。半导体LED光源结构上和光学特性上有自身的特点，因此，半导体路灯应该按照这些特点设计灯具，当今有些厂家采用传统灯具外壳换个半导体的灯芯，用过渡传导方式散热是做不出好灯的。问题是灯体外部造型要结合发光管的散

21、热，而散热是靠面积，现有常规照明灯具的表面积是远远不够的“焦耳热定律”是要具备良好的自然空气对流环境。LED产品的工作温度基本要控制在65以下（国际标准为80，当LED工作温度达到85时，光通量将下降一半；波长变长，即红移；超过90即有烧毁的危险）。发光管的安装、科学合理的光学配光、灯体的密封等是十分重要的。同时，所设计的灯体结构还要有利于大批量工业生产。 发光管的散热是半导体灯要重点解决好的问题。发光管是冷光源，不象气体放电灯那样产生灼热的高温，但是，当今LED发光管光效的局限性本身也存在热能其自身耐温能力有限，所以必须将发光管工作时产生的热量有效的散发到空气中去，保证发光管工作在安全的温度

22、下，这样半导体灯才能真正的体现出长寿命的优势。 LED路灯选用发光管很重要，当今一些厂家使用集成封装10W以上单颗，组合制作路灯，存在光学配光难、易产生眩光、整体散热困难等缺陷。也有用3W5W的模块，其发光管计每瓦光效低，也存在整体散热问题，与单颗1W相比同等光通量下价格优势也不明显。综合考虑，选用大功率1W发光管比较合理。从目前大功率发光管的技术水平来看，1W光效比较高，用于照明节能优势明显，目前选用1W做路灯光源较为合理。 LED的光色选用也是一个值得重视的要素。在道路照明的发展中，存在着黄光和白光的使用比较。黄光就是现在主流的高压钠灯，因为它经济节能，同时又有着优异的透雾性能，所以目前成

23、为我国主流的路灯选择。虽然如此，黄光却也有着其先天不足：那就是色彩还原能力差。人们有这样的感觉，在钠灯光下，任何被照物的颜色都是偏黄而失真的。白光的追求目标是自然阳光。因为它有着最好的色彩表现能力，而阳光又是一种偏暖的白光。所以，如果能做到和日光相似的白光，同时又能兼顾到黄光的经济节能的优点，那将是理想的夜间照明选择。白光的前期是金卤灯，尽管它拥有比黄光高几倍以上的色彩表现能力，但是因为透雾性能差、有效寿命低等一些难以克服的技术问题而没有得到大规模的应用。而LED光源制作则可弥补这一缺陷。在LED光源的色温使用选择上放在3500K左右较为合适，在明视觉和舒适度上符合照明要求。而且在当今LED的

24、光效发展及性价比上是可行的，适合LED路灯的大面积推广。 对使用6000K以上的白光做路灯光源持有不同观点，特别是做大功率160W以上，在快速路使用需持谨慎态度。按国家道路照明标准，快速路、主干路必须采用截光型或半截光型灯具。 截光型灯具：灯具的最大光强方向与灯具向下垂直轴夹角在065之间，90角和80角方向上的光强最大允许值分别为10cd/1000lm和30cd/1000lm的灯具。且不管光源光通量的大小，其在90角方向上的光强最大值不得超过1000cd。 半截光型灯具：灯具的最大光强方向与灯具向下垂直轴夹角在075之间，90角和80角方向上的光强最大允许值分别为50cd/1000lm和10

25、0cd/1000lm的灯具。且不管光源光通量的大小，其在90角方向上的光强最大值不得超过1000cd。 因快速路道路长，路幅宽，车流量大，车速快，对视觉灵敏度要求高。所以在照度，色温，道路上的亮度均匀度，眩光等指标要求高。而为了要和400W高压钠灯去比，一味的去要求大功率，高亮度。且当今LED不论是在光效还是在散热成本上都有难度，性价比上推广也难。 下面是对200W大功率LED路灯的分析：光学分析：现通过下图可初步计算198W大功率LED路灯在12m高时的中心照度为：198*70/8609.9*1828.97Lux，而400W钠灯在12m高时的中心照度约为50Lux， 如果考虑LED路灯的色温

26、和中间视觉效果，可以确认200W大功率LED路灯可以替换400W钠灯，但如果纯从照度计测得的数据来看，200W大功率LED路灯依然不能够替代400W钠灯。散热分析（仅分析光源散热）： 下图为40环境温度最差自然对流下的光源散热模拟图： 散热器的外形尺寸为600x440x54，此时基本保证最热的大功率LED的节温为68.6+2088.690，因此该散热体积和面积能够保证大功率LED的散热问题。结构分析： 下图为散热器的质量特性，由图可知散热器的重量约为10.87Kg。&lLED路灯在雨雾天照明优势的理论探讨在道路照明中对于LED路灯对于大雾的穿透性的认识有很大的误区。大多数人一直认为LED路灯的

27、穿透性要比传统照明光源钠灯的穿透性低，这是一个错误的认识。大多数人多是从网络上看到一些资料或是看到道路上的一些感官的感受，并没有做科学的评估与分析，从而认为LED路灯的光的穿透性差。在本文中将对此状况作一个科学的分析。我们都知道可见光的范围是380nm到780nm之间，在此范围呢的光线都是可被人眼接受与识别的。如图1所示图 1 可见光的光谱范围也就是说所有灯具只有在此波段范围内的光才有利用价值，出了此范围人眼是无法识别的。本文对于穿透性的分析也只在此范围内进行。下面分别是高压钠灯与LED的可见光谱图：图 2 高压钠灯（上海亚明）的可见光谱图图 3 LED（山西光宇半导体照明）的可见光谱图从光谱

28、图中可以看出LED的光谱要比钠灯的全面的多，两者的波峰都在580nm处，LED的蓝光部分只占总光通量的6%左右，而钠灯几乎没有。LED红光区的分布要比高压钠灯更宽泛。雾天与雨天对道路照明的影响主要体现在：雾中的悬浮颗粒和雨滴对光线的散射作用造成的穿透力的下降，直接导致照明强度的下降。空气中的颗粒物对光线散射的理论主要基于瑞利散射定律和米-德拜散射定律，可见光范围内的散射定律的适用范围如下：r表示颗粒物的半径；当r0.037m时服从米-德拜散射定律。瑞利散射定律对光的散射效果和波长是有关的，米-德拜散射定律对光的散射效果不受波长的影响。雾中和雨中的悬浮颗粒半径大小分布如下：雾是2.8m10m,雨

29、滴10m5000m。由于颗粒较大超过了0.037m，所以雾天和雨天的光线散射是和波长没有关系的。也就是说道路照明中穿透力是和灯具的颜色没有关系的。LED的穿透力是和钠灯相同的。传统经验认识中可能感觉钠灯的穿透力比较强，这只是一个感性的认识。由于钠灯的光是暗黄色的，led的光是白光，而大雾是白色的。人在白色背景中发现钠灯肯定比在白色背景中发现led灯要容易得多。如下图所示：图 4白色背景中的颜色的分辨性。上图所示白色背景中发现其他颜色比白色背景中发现白色要容易得多。这种效果在其他照明领域会很有用处，但在道路照明领域是没有用处的，大家主要注意的是道路方向的照明效果。在道路照明特别是有大雾时，显色指

30、数是不可忽略的。钠灯的显色指数左右普通LED的显色指数是到左右。由于钠灯的蓝色光谱缺失直接导致钠灯的显色指数较低。在钠灯的照射下蓝色的物体会呈现黑色，也就是说当钠灯的光线照射到蓝色的物体上时，物体没有反射光发出。这样会导致当有行人穿着蓝色衣物或者路面上有蓝色障碍物时，在钠灯的照射下，蓝色物体上没有反射光发出，这样在大雾中蓝色物体会淹没在背景光中，人会看不到蓝色物体。这样就会导致交通事故发生。如果使用LED照明就不会出现这种情况了。此外,在LED路灯中也有多颗和集成LED之分。多颗LED发光面积较大，表面亮度较低，而集成封装LED发光面积较小表面亮度较高。因此,集成封装式LED在照射面上的指向性

31、有一定的优势，使人们在浓雾天气中容易看到道路的延伸方向,在雾天照明中会更有优势。综上所述，传统观点认为钠灯比LED路灯在雾天穿透性上更有优势的认识是存在偏颇的，本文从理论角度论述了钠灯并没有在穿透性方面比LED路灯有优势，反而，从显色指数角度考虑，LED路灯在雾天对于分辨实物更胜一筹；此外，从光源表面发光强度考虑，集成封装式LED光源对于雨雾天照明更有优势。低色温、高光效LED路灯模块研究摘 要 本公司开发出一种低色温、高光效LED模块。此12W模块具有以下优点：色温低于3000K, 光效高于95lm/w; 发射的白光为面光源，照度均匀；点亮5000小时，其光衰小于1%；基于此模块，很容易设计

32、出具有不同光强扩散角和照度形状的低色温、高光效LED模块，此模块可用于不同功率的路灯，隧道灯，泛光灯，投射灯和室内照明等的光源。 关键词：低色温、高光效、白光LED模块 .引言 目前道路灯具中普遍采用的光源是高压钠灯或金属卤化灯，这两种光源的最大特点是，发光的电弧管尺寸小，由于尺寸很小的电弧管产生很大的光输出，并且具有很高的光效，前者包括配套电器，可达110lm/w，后者包括配套电器可达80lm/w。但这类光源应用在道路灯具中时，只有40%左右的光直接透过玻璃罩到达路面的，其它的光是通过灯具发射器再投射出灯具的，目前普遍采用此类光源的传统灯具基本都存在两个不足，一是灯具直接照射的方向上照度很高

33、，在次干道上可达50lx以上，这一区域属于明显的过渡照明，而两个灯具的光照交叉处的照度仅为灯下照度的20%40%。二是此类灯具的反射器的效率一般仅为50%60%，所以有60%左右的光输出在灯具内，是在损失了40%30%后再投射到路面上的。此类灯具的总体效率一般都在70%左右。并且上述的过渡照明区域中过多的照度也属于浪费。综合上述分析上述传统的道路灯具其综合的有效照明效率（扣除过度照明部分）仅为50%。也因为上述原因，目前我国次干道的照明效果（路面照度和照度的均匀度）基本都达不到CJJ45-2006和CIE31以及CIE115的标准要求1。而LED作为第四代光源，不但具有节能、环保作用，而且由于

34、其自身特点（方向性、高显色性、结构易设计和控制方便等）引起了普遍的关注234，随着LED芯片发光效率的不断提高，尤其是100lm/w的芯片面世，LED道路灯将逐渐取代传统道路灯（钠制灯、卤素灯等）。而制造单个超过80W灯不切合实际，其主要原因是难以散热和难以设计光分布，故使用多个超过10W灯模块组合成不同功率的LED路灯成为了研究和市场主流。由于钠制路灯的色温一般低于3000K, 显色指数低于40，低色温光线具有穿透雾和水汽的能力强，光线柔和，温暖，路面反射率高等诸多优点。所以低色温高光效的LED模块成为目前市场研究热点。本论文着重介绍本公司开发的低色温、高发光效率和低光衰的12W路灯模块。.

35、试验与测试 本公司研究人员针对目前市场上高功率LED模块衰减大，色温低于3000K的发光效率低等问题，开发了一种新型的LED路灯模块。其结构如图1所示。此结构独特之处是荧光粉涂敷层位于透镜中，通过小孔可将荧光粉注入特定形状的荧光粉槽中，此槽的形状依据芯片排列形状而变化。 1、高折射透镜，2、芯片，3、金线，4、密封胶，5、支架，51、抛物线形支架槽，11、荧光粉涂敷层，12、灌荧光粉口 图1 本公司12W白光LED模块示意图和实物图此结构的优点：1、荧光粉与芯片之间隔着密封胶和隔热透镜，荧光粉的温度可保持在40以下，而12W芯片温度却高达80-100，故荧光粉的衰减很小；2、荧光粉形状易设计，

36、通过设计不同的荧光粉槽可以使得荧光粉被最高效率的激发，发光效率得到大幅度提高；3、透镜的形状和折射率易设计，使用高折射率的玻璃，可以做出不同扩散角的LED模块，；4、荧光粉形状使得每个1W芯片发射的点光源经过荧光粉层后成为了均匀的面光源。 采用台湾晶元功率型LED芯片，10颗芯片，其功率为12W。将制备的12W的LED模块，放入可靠性测试设备中，高低温循环测试（-4080）100小时，然后有上海半导体照明工程技术研究中心抽样检测，采用杭州远方的LED300光色电综合测量系统和LED620光强分布测试仪分别测试样品的光电参数和平均光强扩散角，测试方式为恒流点亮5分钟后测试。（我们研究发现12瓦L

37、ED灯点亮5分钟后其电压不再变化，发光效率也基本不再变化，此法衡量LED的各项光学参数应更准确）。光衰测试采用点亮5000小时后测试。 .结果与讨论 为了数据更具有说服力，本公司邀请上海半导体照明工程技术研究中心抽样检测，表一为上海半导体照明工程技术研究中心检测数据： 表一12WLED路灯模组的光电参数(光谱准确度：+/-2nm; 色度准确度：+/-0.0015x, +/-0.001y)电压(V) 电流(A)倍增管工作温度()光通量(lm)光效率(lm/w)相关色温(k)12.710.900122.71092.895.532656从上表可以发现，12W LED路灯模组的色温只有2656K, 但

38、是其发光效率却高达95.53lm/w, 虽然高压钠制灯的发光光效率高达110lm/w, 但是其发散角很大，有效利用的光通量约占50%，而LED路灯模块具有方向性，故其光通量几乎可被完全利用，相比较而言，此LED路灯模块的应用前景更好，加上LED芯片的发光效率不断提高，价格不断下降，LED道路灯必将逐渐取代高压钠制灯和其他相关道路灯。低色温高发光效率灯模块一直是研究难点，本公司开发的低色温模块，其色温可控范围为2000-4000K，可按照用户的要求来设计色温和发光效率。 通过继续合理的规划荧光粉涂敷形状、芯片的排列位置，增镀全反射薄膜和增透膜可大幅度的提高其发光效率，目前我们实验室已经开发出了发

39、光效率高达105lm/w, 色温为2000-4000K的5W,12W,24W,30W等的路灯模块。 透过改变透镜和荧光粉涂敷形状，我们设计出了不同光强扩散角的12W白光LED路灯模块，现以平均光强扩散角(50%)为65o来说明这个问题。图1所示的结构制备出来的12W LED模块的照度分布为一个规则的圆，12W白光LED悬挂1米高，其中心照度为267lux,通过改变透镜的形状，可以设计出不同形状的照度图，目前本公司正在按照客户要求设计此类产品。如图2所示 图2 经过配光设计的透镜及配光曲线 在实际应用中，只需要将此模块安装在灯具上就可以实现矩形光斑照明，此模块适合不同类型的灯具，解决了令灯具厂商

40、头痛的灯具配光问题。 上海半导体照明工程技术研究中心抽样测试了本公司12W的路灯的光衰，结果显示点亮5000小时后，光衰小于1%，远低于市场上其他设计的大功率LED模块。其主要原因是1、荧光粉远离发热的芯片；2、荧光粉形状可控；3、性质稳定的高折射率密封材料和透镜。 此模块具有广泛的应用，本公司采用此模块开发了一系列的泛光灯，隧道灯、路灯以及室内照明灯具和投影机光源等，如图3所示。 图3 基于12W低色温、高光效制备的隧道灯，室内照明灯，路灯和筒灯等照片.结论 本公司开发出一种新型的适合照明用的12W白光LED模块，此模块具有低色温、高光效尤其适合路灯、隧道灯，泛光灯和投影机等照明。本技术解决

41、了目前低色温、高光效难以制备的难题。为LED室外照明开辟了一条新的思路和方法。12W模块已经投入市场，目前本公司研发人员又开发出了5W, 12W,24W,30W等系列的低色温(2000-4000K)、高光效的(实验室已可达到105lm/w)LED模块，此模块的光强扩散角(50%)可设计为30o, 45o, 60o 和70o；照度范围可设计为圆形，椭圆形和类矩形等。 参考文献 1 城市道路照明设计标准， CJJ45-2006, 2006-12-19发布，2007-07-01实施，中华人民共和国建设部 2 Steigerwald D A, Bhat J C, Collins D, et al. I

42、llumination with solid state lighting technologyJ. IEEE J. Selected Topics in Quantum Electron., 2002, 8(2):310-3203 Narendran N. Improved performance of white LED J. Proc. SPIE, 2005, 5941:1-64 钱可元，胡飞，吴慧颖，等.大功率白光LED封装技术研究J,半导体光电，2005，26（2）：118-120 LED路灯的技术设计详解在过去几年中，LED光效已从35lm/W（2006年）提升至100lm/W（2

43、009年第一季度），可以说有很大程度地改善。随着LED光效的提高，人们迫切期望LED产品可以替代传统照明灯具，尤其是替代功率消耗过大的产品。由于照明市场业务的不断扩大，近几年来，有许多新公司加入到这个行业。然而，LED产品的质量已成为一个大问题，尤其是新公司的产品，因为新公司在照明领域还不具备专家。表1. LED灯与传统灯具的比较 相关色温 (K) 响应时间 发光原理 光向 寿命 可靠性 抗震性 劣势 LED灯 260010000 1 秒 半导体 多方位 50000小时 高 高 价格高 FCL 40008000 60 秒 汞蒸汽 全方位 6000小时 中 低 汞污染；易破碎 卤素灯 25003

44、000 0.33）的均匀性。除了符合道路管理规范外，如何在道路上安装大量路灯也是个重要问题。需要安装路灯的道路都有一个特定的长度，然后，你需要选择符合道路规格的路灯来安装，避免出现斑马图案。 为了避免使用大量的路灯，AOP设计了一个蝙蝠式的光学模式（专利正在申请中，该模式已由工业技术研究院（ITRI）测评），（看图表3），可以达到4倍的安装高度（最大光强位于60度），并且，照明均匀性大于所要求的0.33；（看图表4和5）。这种光学模式可以在很大程度上减少特定长度道路上路灯的安装数量。同时，这种光学模式还符合截光所需。 图表3. LED光学模式（专利在申请中） 图图表4. 道路照明（专利在申请中

45、） 表2. 均匀性 96W, 7166Lm, 5200K 最大值 29 Lx平均值 13 Lx最小值 4.5 Lx均匀值（最小/平均） 0.353. 机械作用和工业设计（专利在申请中） 在AOP公司设计的路灯中，他们还考虑到路灯移动和安装的便利性；（看图表5和6）。在电源的空白处安装了一个插座，便于操作员把电缆安装到插座中，并且与传统灯具的安装过程是完全相同的。同时，灯具前面的碟形设计便于操作员移动。这种灯具有防尘和防水性，且已达到IP65标准。 图表5. LED碟形设计图表6. 电源插座盖和插座 4. LED光源模块和电源驱动器设计 众所周知，每个LED的驱动电压略有不同，为了避免每个LED

46、出现电流不均匀，在设计中这个问题是非常关键的。虽然，每家LED路灯供应商都表示他们的电源输出的是恒定电流，实际上，在对LED电流进行测量后发现，各供应商之间的LED电流差别很大；（看表2）。表3. 不同LED的电流 LED 123456ILED(mA)514.0348.0378.0235.0207.0273.0这些差别源于LED光源模块采用串并联电路设计（看图表7）。因此，如果每个LED的驱动电压不同，即使你使用恒定电流设计，LED的电流也会不同。AOP公司的路灯设计是不同于其他供应商的，他们采用电源和LED光源模块的多层电路设计（专利在申请中）（看图表8）；测量结果列在表3中，可以看出通过每

47、一通道的电流都是非常均匀的。即使LED的电压不同，采用多层设计的LED模块也不会对恒定电流产生影响。 图表7. LED模块的串并联电路 图表8. 多层LED模块和驱动器（专利申请中） 表4. 多层LED设计的电流 通道 1234567ILED (mA)301.1300.8298.2301.5302.8298.4297.7结论 AOP公司对路灯的设计结合了热、光学、电学与机械作用，而且，还考虑到了所有会影响LED寿命的其它因素。这就是我们为什么对我们的路灯产品非常有信心。同时，根据工研院（ITRI）的测量数据显示，AOP公司的路灯光效已经达到72.8 lm/W；但是关于其性能的相关测量数据几乎世

48、界上还无法找到。（LED道路照明光源的散热与配光应用一、立项的背景和意义 LED（Light Emitting Diode，称发光二极管），属于固态光源。LED的应用已有较悠久的历史，以前主要应用在各种电子设备的指示灯、大屏幕显示器、信号灯和液晶屏幕背光源等领域。近些年来，随着GaP、GaN系-V族化合物半导体的结晶成长工艺技术及纳米技术的进步，LED的光效和大功率集成技术都有了很大的提高，LED已经开始在照明领域里初步应用，出现了LED路灯、LED矿灯、LED应急灯、LED车灯、LED景观灯等多种以大功率LED为光源的照明灯具。LED发光原理为固体发光,按固体发光物理学原理，LED的光谱几乎

49、全部集中于可见光频段，所以发光效率高达90以上，因此，LED被誉为21世纪新光源，即将成为继白炽灯、荧光灯、高强度气体放电灯之后的第四代光源，被公认为当前十大前沿技术之一, LED光源这种新型照明光源必将会取代传统照明光源，正带动着一场新的产业革命-照明革命。 二、当前国内外同类研究（技术）概况 近几年，随着LED的发光效率增长100倍，成本下降10倍，其在照明领域的发展前景，吸引全球照明大厂家都先后加入LED光源及市场开发中。美、日、欧及中国台湾省均推出了半导体照明计划。 我国2001年863计划立项，2003年紧急启动了“国家半导体照明工程”。从2006年的“十一五”开始，国家将把半导体照

50、明工程作为一个重大工程进行推动。当前，我国经济快速增长，能源紧张的矛盾日益显现，我国照明所消耗的电能约占电力总消耗量的1/6，因此提高照明产品的能效水平，无疑将较大幅度降低能源消耗，有效缓解目前我国电力供应紧张的局面。国家将贯彻节能优先政策，并将“照明器具”列入节能重点领域，在“十一五”期间，大力推进绿色节能照明工程，LED路灯就是LED技术的重要节能应用。 日前，由多名留美归国博士创建的中微光电子（潍坊）有限公司研制成功100瓦大功率半导体发光二极管路灯照明系统，现已应用于潍坊高新技术创业园，其照明范围和亮度完全达到国家道路照明标准，寿命是传统路灯的1020倍，耗电量却不到传统路灯的20%。

51、 三、本课题研究的内容 我国虽有多家企业开发生产LED城市照明路灯，但很多是用小功率LED阵列作发光体，散热问题解决了，所用LED数量要很多，小功率LED光衰强，安装成本高；城市照明LED路灯采用大功率LED是发展的趋势，少数用大功率LED作发光体的路灯产品由于没有很好地解决功率达到一定量时，LED的散热问题；LED的散光和聚光控制问题；路灯在路面照射面的照度范围、型态和照度的均衡问题；光电转换效率太低，每瓦只有几个流明等问题。因此产品性能还不尽如人意；高性能的产品价位又居高不下，难以推广普及。 四、研究的技术路线和方法 （一）光源的选择： 光源比较：传统照明光源主要有3大类：白炽灯、荧光灯和

52、稀有气体放电灯。与这些光源相比，LED光源光效比较高，使用寿命长，采用安全电压供电，不含有毒重金属，使用寿命长，采用安全电压供电，不含有毒重金属，显色指数高，而且属于新型光源，发展潜力巨大，是未来传统光源理想的替代品。表1为几种照明光源的性能比较。 表1 几种照明光源的性能指标 测试项目 白炽灯 荧光灯 高压汞灯 高压钠灯 LED发光效率(1m-w ) 16 70 50 100 50寿命kh 2 810 6 2O 24 5O显色指数 95 75 45 23 85成本(8 -(klm) ) 0.4 15 5 5 2O 驱动电路 简单 中 复杂 复杂 中 价格低 价格低 价格高 价格高 价格低 安全性 一般 一般 差 差 高 可靠性 差 差 一般 一般 高 亮度可调性 好 差 好 好 好 方向性 差 差 差 差 好 环保性 一般 汞污染 汞污染 汞污染 好 注：白炽灯发光效率为3O w的数据 散