本帖最后由 raolianjiang 于 2010-4-6 21:45 编辑

提高LED路灯亮度的奥秘

——晶联科技LED路灯之亮度篇

众所周知，半导体照明以它的绿色环保、节能、长寿命等优点被世界各国的高等学府，科研机构以及政府所关注，在投入了大量的人力物力，经历了风风雨雨之后，LED路灯终将以其独特的方式展示出其亮丽的风姿与高贵的品质。

笔者从事半导体照明研发与生产多年，主攻大功率LED路灯技术。从20mA0.06W每颗的小功率集成式LED路灯到30W、60W大光源LED路灯再到如今的1W大功率集成式LED路灯，亮度从05年的30lm/W到如今的100lm/W，从小功率的低热自然散热到大功率的高热导热散热，以及高热所带来的高光衰、电子元器件的不可靠性等，地面光斑从圆形到椭圆行到长方形，灯具效率从15%提升至如今的60%，驱动电路由串并联模式到单路恒流模式的转变及各种保护及智能控制的加入，从简单的防护到IP65甚至兼顾外型的美观，一路走来，可谓曲折坎坷。今天在本产品成功试点半年以后，结合其实际使用的状况和国家电光源质量监督检验中心（上海）的检验报告，和大家一起一起来剖析LED路灯成功的奥秘。

上图为JL-110-08-1型110W LED路灯光学检测报告中的等照度分布曲线图，它直接描绘了此灯在10高度水平照射路面时候形成的效果图，从图中我们可以看出其中心最大亮度为111.57lx，横向在左右两侧2米处（d/h=0.2）中心线的亮度介于78.1lx~89.26lx之间，约为85lx ，4米处（d/h=0.4）的亮度介于55.79lx~66.94lx之间，约为65lx，6米处（d/h=0.6）的亮度介于44.63lx~55.79lx之间，约为50lx，8米处约为45lx，以次类推。由于此灯照射幅度比较宽，因此上图并没有反映出左右10米以外亮度的分布情况，下面我们结合等光强分布曲线图给大家再做分析。

上图是等光强分布图，有图中我们可以看出其最大光强出现在55°角位置，这个角度指的是光线与中心垂直线的夹角，因此在10米高度时候可以计算其照射的位置应该在左右15米处，根据光强数值和对应照射距离可以计算出其亮度约为54lx（见附1），实际测量为50lx左右，同理可得12米处亮度约为35lx，17.5米处亮度约为25lx，而边缘光线出现在65°角位置，也就是大约20米处，其对应亮度大概在5lx。

综合所述，我们可以很清楚的了解到此路灯在10米高度时候在地面所形成的照射区域以及各区域的亮度情况。简单说来其形成的是一个长约40米，中间宽约10米，边缘宽约5米的一个累似椭圆型的长方形区域，在这个区域内，横向亮度从中间的111.57lx到左右15米出50lx再到边缘20米处的5lx逐渐递减，纵向亮度从中间的111.57lx到边缘的11.16lx递减。从数据上可以看出在中间大概30米区域内其亮度都是很高的，而在边缘各2.5米范围内的亮度却要低于25lx，因此使用35米间距的安装办法使边缘5米范围内的光相互重叠，可以很好的弥补连接区域亮度的不足，重叠后在两灯的连接处形成一个5米范围的光线重叠区域，在重叠区域的中心点（17.5米处）亮度为25×2=50lx，重叠区边缘（距离路灯20米处）的亮度为5+50=55lx，这样可以使整条马路在以35米间距安装时达到最佳效果，即路面无暗区，2灯连接处的亮度也达到50lx。

从上面的实际情况可以看出，110W的LED路灯是完全可以达到并超过400W高压纳灯亮度的，而且我们从上面两幅图中可以很清楚的看出，LED路灯在其长方形照射区域以外的亮度几乎为0，这其实也是LED最大的优势之一，LED属于点光源，可以通过二次透镜将光线全部集中照射到我们需要照射的区域。而高压纳灯为体光源，只能通过反光罩的反射将往上射的光反射到路面，然而这样的办法却很难使其光线全部照射到需要照射的长方形路面上，利用效率相当低。

简单来说可以把路灯在光部分涉及到的效率问题分为四部分，分别是：光源的光效率、二次出光效率、玻璃透光效率、路面光线利用效率。

二次出光效率：LED光线通过二次透镜的时候存在一个损耗，而高压钠灯通过反光罩反射也存在一个损耗，这个通称为二次出光效率，通常在使用最好的PMMA材料制作成的透镜其原始材料的透光效率约为95%。作成透镜后的效率约为90%，使用在实际灯具中时最高效率也就在85%左右，而如果使用最好的反光材料，其极限反射效率却可以超过90%，但是实际使用中的高压纳灯为了兼顾成本通常都是使用普通的铝皮压制成型的反光罩，其效率不足50%，高压纳灯有大于70%的光都要通过反射，也就是说高压纳灯有超过35%的光在通过罩壳反射下来的时候就已经损耗掉了。而像本LED路灯二次效率为81%，也就是说大约20%的光在通过透镜时候已经损耗掉，所以说这个二次出光效率很关键的，如果透镜材料、制作工艺、镜面处理、焦距等都没有达到最佳效果或者相匹配的话，那么效率将会很差，不足60%都很正常。

玻璃透光效率其实两者是差不多，但是通常所谓IP65的高压纳灯很多都没有真正达到这个标准，所以使用了一段时间以后的高压纳灯会在玻璃罩内的底部积累一层黑黑的灰尘及蚊虫的尸体，这大大影响了其出光效率。因此IP等级是个很重要的参数，新灯的时候是体现不出来的，但是如果LED路灯的IP也没达到65的话，首先会同高压钠灯形成同样的灰尘堆积问题，另外LED及光学透镜都是化工材料很容易老化，且电子元器件的寿命及效率都无法得到保证。

路面光线利用效率就是指灯具发出的光照射到了我们需要照射的长方形路面区域内的百分比，因为高压纳灯通过反射以后实际形成的是一个开口大约为120°的半球面发光角，为了将光线尽量的打到横向更远的位置，导致纵向会有很大部分的光是照射到路面以外的区域的，且反射导致的散光比较严重，因此高压钠灯路面光线利用效率是相当低的。而LED路灯各个方向的发光角度及强度都是可调的，通过合理有效的配光几乎可以将所发出的光全部集中照射到需要照射的长方形路面上，因此才成就了LED路灯的节能效果。

总结：在目前LED光效率与高压钠灯基本相当的情况下，400W高压钠灯发出的光接近110W LED路灯的4倍，但通过二次出光包括外壳玻璃后，实际出来的光是LED路灯的3倍左右，加之光在照射到路面时候的利用效率问题，LED路灯超过95%，而高压钠灯却不足30%（非超宽马路时候），且余光很多，很大一部分光都射向了周围空间中形成了光污染。因此简单说来如何提高LED路灯的亮度就变成如何提高灯具光利用效率的问题，谁能把效率提的越高，那么亮度自然就高了，不集中谈何亮，如果LED路灯不通过高效率的二次配光设计，那么以目前的LED的光效率100W左右的LED路灯要达到400W高压纳灯的亮度是肯定不可能的。所以要做出高亮度的LED路灯不能一味的追求单颗LED的高光效率，同时也要提高灯具的配光水平，提高各部分光的利用效率，当然灯具的结构、导散热的水平、驱动电路及IP防护等级都是会直接影响到灯具的亮度，LED路灯最怕热也最怕恶劣的工作环境。

客观点说：以LED路灯的特点来看，LED路灯适合在马路宽度不是很宽的情况下使用，而高压纳灯适合在超宽的公路（宽度在10米以上）上使用，马路越宽越能提高其路面光线的利用效率，体现高压钠灯的优势，而在居民区或者城市街道，则非常适合LED路灯，且没有光污染，不影响周围居民的生活。

上面我们多次谈到一个效率的问题，那么整体灯具的效率又将受哪些因素影响呢，如何才能做出同高压钠灯相比节电80%以上的LED路灯，我们将在下篇节电篇中来与大家共同分析。

附件1：光强与照射距离及照度之间的关系是：等光强时随着照射距离扩大一倍，对应照度降为原来的1/4。

中间垂直光强7700cd，对应照射距离为10米，地面照度为111.57lx

55°角光强11000cd，相对照射距离18米，对应亮度比为4：1.23，

计算可得：对应地面照度为54lx。

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