面向上海世博园区道路照明的新型LED道路灯研制.doc

面向上海世博园区道路照明的新型LED道路灯研制

一、课题的设置与意义
半导体发光二极管（LED）技术和相关产业近十余年获得了迅猛发展。在现代社会环保理念和绿色照明急迫需求形势下应运而生的半导体照明，其低耗能、长寿命、潜在的高光效和弃物污染少的鲜明特点引起了全世界发达国家政府和众多相关大公司和研究机构的高度重视。纷纷加大研究力量和产业的投入，扶植LED产业。我国政府也早在2003年成立了“国家半导体照明工程领导小组”，制订了“我国固态照明产业发展规划”，确定了一批产业研发重点基地初步形成了全国性的LED产业键。LED已在微环境照明，显示背光源和景观装饰照明等特种照明领域形成了巨大和不断增长的消费市场，近年功率型LED关键技术的突破和快速进步，高亮度，超高亮度LED器件问世更是引发了人们对LED进入室内外普通照明领域的巨大兴趣。新一代的固态照明光源已然诞生，一场类似于晶体管替代电子管的“照明革命时代”已经到来。
作为革命性的变化，LED光源能进入大功率大环境照明的通用照明领域为全社会最所期待。突破相关技术瓶颈，抢占行业先机，攻克LED照明领域制高点，抓住2010年上海世博会的重大历史机遇，重点研发采用LED光源的道路照明灯具，以真正意义上的高效节能环保理念的照明器材服务于上海世博会。让LED照明进入耗能巨大的户外道路照明领域是照明工作者的历史责任，也无疑是社会效益和经济效益都十分巨大的工作。
二、课题任务和主要技术内容
1、LED光源的主要特征
LED是利用半导体P－N结发光原理的固体光源。其光效已从上世纪70年代的1Lm/W提升到了本世纪初的单色光的输出光效的50～100Lm/W。目前白光LED的技术发展较快，大功率LED已有1～5W，发光效率为30～40Lm/W的封装商品，预测未来几年光效可达100～150Lm/W，将超过传统光源的光效。
LED在匹配的驱动线路下工作寿命远长於传统光源，且耐震，工作可靠。运行和维护成本低。回收物污染少。
LED尤其是高功率LED是有经济效益的光源。未来高功率LED每百万流明小时总成本将低于大部分传统光源。其生产成本以每10年减少10倍的速率下降。
然而LED单体出射光通小，要满足等级道路的亮度需求和标准路灯的配光特性则需要多个LED单体的高度集成，并突破因热阻大而引起的光衰等技术瓶颈。
LED发光点小，出射光强呈朗伯分布。非各向同性的多个发光点的光源聚合体给传统的灯具设计带来了挑战。
2、课题的技术内容
因此，针对LED光源的特点研究新的配光手段是课题技术研发的主要内容之一。
探索多个LED单体集成技术满足单灯高光通点光源的传统形式而保持高光效长寿命安全可靠的特点是课题研发的主要内容之二。
由上两点，确定一定级别道路作为LED路灯研发的切入点就很重要，按我国《城市道路照明设计标准》CJJ45-91设定的道路等级（见下表），V～I级道路标准的照明地面亮度分为0.3cd/㎡～1.5 cd/㎡,照度值为1～2Lx至20Lx。由于受到当前白光LED发光效率约为40 cd/㎡，单体LED功率约1～3W的技术制约，LED路灯的研制从IV级道路为目标需求作为研制产品切入点，随着超高功率高光效LED的产业技术进步和课题研制深入，LED道路灯的适用范围将逐步成系列地覆盖标准中各道路等级的范围。
道 路 照 明 标 准
级

别
道路类型
亮 度
照 度
眩光限制
诱
导
性
平均亮度Lav（cd/㎡）
均匀度
Lmin/Lav
平均照度
Evalx）
均匀度
Emin/Eav
I
快 速 路
1.5
0.4
20
0.4
严禁采用非截光型灯具
很好
II
主干路及迎宾路、通向政府机关和大型公共建筑的主要道路、市中心或商业中心的道路、大型交通枢纽等
1.0
0.35
15
0.35
严禁采用非截光型灯具
很好
III
次 干 路
0.5
0.35
8
0.35
不得采用非截光型灯具
好
IV
支 路
0.3
0.3
5
0.3
不宜采用非截光型灯具
好
V
主要供行人和非机动车通行的居住区道路和人行道
－
－
1～2
－
采用的灯具不受限制
－

注：①表中所列的平均照度仅适用于沥青路面，若系水泥混凝土路面，其平均照度值可相应降低20～30％。
②表中各项数值仅适用于干燥路面。

3、课题目标
以目前白光LED光效30Lm/W的水准，单体集成路灯光源总光通应大于4500Lm，设计标准路灯配光系统，满足Ⅲ级（次干路）道路的照明标准要求作为首期目标。
灯具各项指标符合GB7000.1和GB7000.5的要求。
标准光学腔防护等级IP66。
电器绝缘等级Class1。

三、课题内容的国内外现状和发展趋势
世界范围内的半导体照明热持续上升，LED的基础开发和产业规模发展日新月异。我国LED产业链在外延，芯片，封装，应用等几个主要节点领域已有相当规模。其中下游的LED应用市场，已在各信号指示灯，显示屏、平板背光源、汽车灯、室内外景观装饰领域得到广泛认同。但大面积环境普通照明用的LED灯具尚未有突破性进展。室外道路照明中，除灯具光度学要求不高的庭院灯已有产品外，采用LED光源的标准干道道路灯尚未真正问世，主要是受制於目前白光LED的驱动功率，光效，散热，封装老化等技术难点，LED进入道路照明的关键之一是高功率、高光效、低成本的白光LED技术突破及白光LED的集成，美国Cree公司已开发出光通1200lm的白光LED集成灯，光效32Lm/W。日本日亚化工展示了光通1000lm，光效33Lm/W的白光LED集成灯， Lumileds照明公司的白光封装技术可达50 Lm/W，开发出最大功率5W，120 Lm的白光LED，可以预测2010年前光效超过100 Lm/W的白光LED器件可望问世，一旦突破高亮度白光LED集成技术和相适应的灯具二次配光设计技术关键位，固态照明光源的道路灯即可进入实用阶段。