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LED在道路照明中穿透性及光色分析研究

2013-12-4  来源:(山西光宇半导体照明有限公司,临汾041000)  作者:乔乾 许敏  有3078人阅读

在LED 逐步推广到道路照明,替代传统高压钠灯的过程中,在光色上出现了部分认识误区,一些人过分强调LED 产生的颜色一定要与传统高压钠灯一样,认为LED 的穿雾性不及高压钠灯; 针对这些看法,本文从理论和实际应用角度进行分析,以便读者能够从颜色和光谱方面对LED 和传统钠灯有更加深刻的认识。

  在LED 逐步推广到道路照明,替代传统高压钠灯的过程中,在光色上出现了部分认识误区,一些人过分强调LED 产生的颜色一定要与传统高压钠灯一样,认为LED 的穿雾性不及高压钠灯; 针对这些看法,本文从理论和实际应用角度进行分析,以便读者能够从颜色和光谱方面对LED 和传统钠灯有更加深刻的认识。

  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r < 0. 037μm 时服从瑞利散射定律,当r > 0. 037μm 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. 8μm ~ 10μm,雨滴10μm ~ 5000μm。由于颗粒较大超过了0. 037μm,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,显色指数是不可忽略的。钠灯的显色指数17 左右普通LED 的显色指数是65 到80 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。

  第二个层面,我想谈谈道路照明选择哪种色温光源比较好的问题。现有道路照明采用的高压钠灯,光源色表为桔黄色,颜色昏暗,属于比较强烈的暖色系灯光; 这种色调在夜晚的照明中体现出一种灯火辉煌,温度的感觉,尤其在天气比较寒冷的季节,行走其中会感到非常舒适。但是,高压钠灯显色指数较低,在照明应用中极大的影响了人眼对周围物体的辨别力,不利于行动安全; 桔色的灯光在寒冷季节虽然可以带来较舒适的感官感觉,但在炎热的夏季晚上,强烈的暖色增加了人们的燥热感,会让夜晚乘凉行车的人感到非常的不舒服。况且,人们在夏季夜晚的出行和活动量远远大于寒冷的季节;而且,在我国广大的南方地区一年中高温天气天数在全年中的比重较大。从这个意义上来讲,暖色系且显色指数较低的高压钠灯并非夜间照明的理想光源。

  早期应用于道路照明的LED 路灯,部分生产厂家片面追求高光效,以及视觉亮度,选择了色温较高,通常大于6000K 的冷白光光源应用于道路照明。白光LED 应用于道路照明,其高显色性的特点,充分体现了在道路照明中的优势。但是,由于蓝光部分光谱比例较高,较高色温的LED 对人眼的刺激强烈,且较冷的颜色使道路照明缺乏生气与灵动,整体照明效果显得惨白与冷清。因此,不主张在道路照明中采用如此高色温的灯光进行照明。

  经过反复实际测试和研究,我们建议在道路照明中使用色温在3500K—4000K 的LED 光源较为理想。这一色温范围的灯光,光色较为中性,对行人的感官干扰较小,无论是行人还是驾驶员在这种灯光下行动,注意力会更加集中; 加上LED 高显色性的特点,大大增加了行驶安全性。目前,深圳市的滨海大道采用暖色高压钠灯同白光卤素灯混光照明,就弥补了两种光源的不足,显示出较为理想的照明效果。

  将LED 这种新型光源引入道路照明,目的是为了改善现有照明光源的不足,提高道路照明质量。固守原有照明理念,过分强调与原有照明一样的照明效果不但不能发挥半导体照明的优势,而且对道路照明质量的进一步提高增加了障碍。因此,提议大家以一种更新的观念看待LED 照明,以便LED能在创造新的照明效果和提升照明质量中发挥更大的作用。

 

编辑:Cedar

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