无蓝光、无荧光粉的金黄光LED在市政照明上的应用技术优势*

徐 帅， 魏方兴， 佟 超， 张 宁， 吴 斌，黄 浩， 杨俊宁， 王光绪，2

(1.江西金黄光智慧照明有限责任公司，南昌330096；2.南昌大学国家硅基LED工程技术研究中心，南昌330000；3.江西省建筑设计研究总院，南昌330046)

0 引言

当前市政照明灯具主要采用的是高压钠灯和白光LED灯。高压钠灯是一种黄色的光，色调柔和，透雾性较强，路面反射率较高，被广泛应用于城市道路照明和隧道口加强段照明[1]。正是由于高压钠灯这种黄色的光对市政照明的安全提供了保障，城市道路照明设计标准中也明确提到，快速路和主干路宜采用发出黄色光的高压钠灯[2]。然而，高压钠灯也存在很大的不足。例如，高压钠灯供电系统较为复杂，电缆和维护费用比较高，且需要较长的开启时间(5～10 min)[1]；光源体积大，光利用率低；显色指数Ra非常低，仅有20～30，但其最大缺点是功耗极大，一盏普通的9m杆高压钠灯每年耗电量高达上千千瓦时。正是因为高压钠灯的功耗极高，所以当具有节能环保优势的白光LED路灯问世之后，很多城区市政照明用的高压钠灯被白光LED灯所取代。白光LED灯具有高效节能的优势，光有效利用率和显色指数比较高，当前已被大量应用于各种照明领域之中[3-5]。

行业资料显示:2018年，LED已经成为主流照明光源，替代性光源渗透率已近50%，中国LED照明行业规模从78亿元扩张超过2 550亿元，LED通用照明已经进入成熟期[6-7]。目前市政照明所用的白光LED灯具均是采用“蓝光LED芯片＋荧光粉”的方式合成的，也被称为“荧光型LED”，这种白光LED存在许多弊端。首先，存在蓝光成分过高的问题，而蓝光波长短、能量高，在照明应用中会产生许多危害，也就是被大家所熟知的“蓝光危害”[8-10]；此外，荧光LED中需要使用稀土材料的荧光粉，光经过荧光粉的转换会存在一定的光效损失，而且长时间的工作会使荧光粉性能衰退产生光衰，影响灯具的光效和光品质。最主要的是，高色温的白光LED在雨、雾、尘等恶劣环境中透雾性较差，在水泥或柏油等材质路面上容易被吸收导致光反射效率较低，存在一定的安全隐患，尤其是在一些快速路段。

由此可见，不管是传统的高压钠灯还是目前市场上的白光LED灯，都存在各自的优势与不足，难以实现光品质与节能环保的协同发展。本文将介绍一种金黄光LED应用技术，在满足节能环保要求的同时，还具有非常高的光品质，能够很好地应用于市政照明中，提高夜间交通行驶的安全性。

1 金黄光LED技术特点与应用优势

金黄光LED灯具采用的是高光效的金黄光LED光源，具有无蓝光、无荧光粉的优点，相较于含短波(蓝光)较多的光源不会导致过于严重的不适眩光效应[11]，且可以避免在长时间使用时荧光粉导致的光衰。

金黄光LED在雨、雾、尘等恶劣天气中具有非常好的透雾能力，不容易被路面吸收使其具有非常高的路面反射亮度；其固体点光源的特点使其具有非常好的方向性，可以进行一次和二次光学设计，有效提高光的利用率；其色调与高压钠路灯相似，色温较低(在2000±200K范围内)，但相对于高压钠路灯具有较高的显色指数，达到70以上；同时金黄光LED具有与白光LED相近的节能效果，光源工作电流下光效超过了150 lm/W，最高光效达到180 lm/W，见图1检测报告数据。

图1 金黄光LED光源的第三方检测报告截图

综上所述，金黄光LED结合了白光LED节能环保和高压钠灯暖色调的双重优点，适用于城市道路照明和隧道照明等市政照明应用领域，能够提升行驶过程中的安全系数。

1.1 城市道路照明应用

金黄光LED光源在城市道路照明中主要以路灯形式应用，且具有以下几个优势。

(1)金黄光LED光源不含蓝光成分，能够避免“富蓝光危害”造成的光污染问题，提升道路周边居民的光环境品质。此外，特别是在上坡路段和急拐弯路段，人眼更容易直视光源产生眩光，色温较高的白光LED中蓝光等短波长成分过高易加剧眩光程度，这无疑增加了行驶的安全风险。金黄光LED光源中不含波长短于500 nm的蓝紫光，色调柔和温馨，能够减少上坡或拐弯时对驾驶员眼睛造成的过度眩光，提升了道路行驶的安全性。图2是金黄光LED路灯在上坡及拐弯路段的应用。

图2 金黄光LED路灯在上坡及拐弯路段的应用

(2)据行业分析，短波长的光线在空气中的衰减比长波长的光线要大很多[11]。这是因为，根据光的散射原理，波长越长则频率越低，同一介质中折射率也就越小，即波长和折射率成反比关系；研究还发现，色温越低，长波段的光谱就越多[12]。因此，在尘霾比较多的路段或者雨雾较多的环境里，白光LED中波长小于500 nm的短波长蓝光在空气中散射更容易形成光幕现象，导致透雾性较差。金黄光LED光源中仅含有长波长的黄光和红光成分，色温极低，仅有2 000 K左右，在道路照明中，尤其是雨、雾、尘、霾等恶劣天气中透雾能力更好。而且城市交通道路路面基本是水泥或沥青材质，这些材料更容易吸收短波长的光，黄光和红光等长波长的光则更容易被反射，那么使用金黄光LED路灯照射下的路面亮度更高，驾驶员就更容易看清路面行人及障碍物，提高驾驶安全系数。图3是同一路段同样功率的白光LED路灯和金黄光LED路灯效果对比，其中图3(a)为改造前白光LED路灯效果；图3(b)为改造后金黄光LED路灯效果。

(4)金黄光LED光源不使用荧光粉，而“蓝光LED芯片＋荧光粉”是目前白光LED的主要实现方式。光在荧光粉的转换过程中会造成一定的光效损失，而且随着长时间的工作，荧光粉阻碍了热量散发，高温环境会使得荧光粉性能衰退产生光衰，导致灯具能效和光品质的下降。金黄光LED光源是采用纯LED合成的方式，不含荧光粉，从技术本质上避免荧光粉带来的光衰问题，保证长期使用的灯具光品质的稳定性。

图3 同一路段，相同拍摄视角下金黄光LED路灯与白光LED路灯的效果对比

(5)金黄光LED路灯具有节能、环保，使用寿命长等LED所具有的普遍优点，而且兼备了传统高压钠灯的黄光暖色调，且具有比钠灯光更高的显色指数，光品质更高。

正是因为金黄光LED路灯具有这些优点，特别适用于快速路、主干路、高速路、机场、公园及文化街区照明。

1.2 隧道照明应用

当前新建隧道内照明主要采用的是白光LED与高压钠灯相结合的方式，即隧道入口段和出口段采用高压钠灯，中间段采用白光 LED隧道灯[1，5，13-14]。 这是因为隧道空间狭窄，需要采用小功率、高密度的布灯方式，而白光LED隧道灯相对于高压钠灯更加节能环保，所以隧道中间段通常采用白光LED。但对于隧道入口段和出口段则必须采用与自然光之间反差值较大的光源，所以不得不采用暖色调的高压钠灯。金黄光LED隧道灯则可以兼顾白光LED隧道灯和高压钠灯的优点，主要包括以下两个方面。

(1)在隧道入口段与出口段，金黄光LED隧道灯的低色温、暖色调光品质能够与隧道外的自然光形成明显的反差，使得隧道口的物体能够被驾驶员清晰地察觉，可有效消除隧道入口段的“黑洞效应”和出口段的“白洞效应”，提升了隧道交通的安全性能[1，15]。而且，相对于传统的高压钠灯，金黄光LED隧道灯显指和光利用率更高、使用寿命更长，更加节能，能够大幅降低隧道内高压钠灯长时间使用带来的电能损耗。

(2)在隧道中，由于空间密闭性，隧道灯所发出的光会在隧道壁和路面上不断反射，而长波长的金黄光在水泥和沥青材质表面的反射率更高，所以金黄光LED用作隧道灯比白光LED的路面反射亮度更高，驾驶安全性更强。此外，超强的反射率会增加光在隧道内的反射次数，使得路面和隧道壁的光照分布更加均匀，有利于改善由灯具间隔引起的“斑马线效应”，提高人眼舒适性，提升驾驶安全性。

2 金黄光LED的应用案例

金黄光LED路灯在实际应用中也取得了非常好的效果，得到了用户和周边居民的广泛认可。以下具体介绍南昌市高新区中兴路金黄光LED路灯改造项目和天津市西青经济开发区兴华十支路金黄光LED路灯改造项目的工程案例。

2.1 南昌市高新区中兴路金黄光LED路灯改造项目

图4为南昌市高新区进行金黄光LED照明改造前后的场景对比图。该路段改造前后灯杆一致，路灯功率大小一致，均为130W，改造前为5 000 K的白光LED路灯，改造后为金黄光LED路灯。从图中可以看出，在同一拍摄场景，图4(a)的白光LED路灯照射下，路面显得较为暗淡，物体较难识别；图4(b)的金黄光LED路灯照射下，路面更加清晰，物体轮廓分明，视舒适性更高。

图4 南昌市高新区中兴路金黄光LED路灯改造前后现场对比

2.2 天津市西青经济开发区兴华十支路金黄光LED路灯改造项目

兴华十支路西起民和道，东至兴华道，横穿兴盛道，位于天津市西青经济开发区。原道路照明主要表现为亮度不足、显色性差、功耗高，导致道路照明效果不佳，能源消耗严重，急需进行照明改造。对现场数据进行测量，该路段原有照明灯具是250 W高压钠路灯，灯杆间距为28 m，灯杆高度为9 m，测量路面宽度19 m，布杆方式为双侧对称布灯。对该路段原有照明效果进行照度测量，照度测试方式如图5所示，测试结果如表1所示。

图5 照度测量测试点分布图

兴华十支路照明改造前照度测试数据表 表1

对该路段进行金黄光LED路灯改造，在原有灯杆上采用150 W金黄光LED路灯进行更换，布灯方式不变。在上述同样的区域采用同样的方法进行照度数据测量，结果如表2所示。

兴华十支路照明改造后照度测试数据表 表2

图6 兴华十支路金黄光LED路灯改造前后效果图

照明改造之后，兴华十支路路面平均照度和照度均匀度均远高于原有路灯数据及国家标准，相对功耗仅为更换前高压钠路灯的60%，现场效果明显优于原有高压钠路灯及相邻路段白光LED路灯。金黄光LED路灯照明改造前后现场效果如图6所示，更换后的金黄光LED路灯效果(见图6(b))明显好于更换前的高压钠灯效果(见图6(a))。更换前路面较为暗淡，存在较为明显的“斑马线效应”；更换金黄光LED路灯后，路面明显更为明亮，路面光照更加均匀。

3 结束语

综上所述，金黄光LED具有无蓝光、无荧光粉、低色温、高显指、高光效等技术特点，综合了白光LED节能环保和高压钠灯暖色调的双重优势。在市政照明中，金黄光LED路灯所发出的光透雾性强，路面反射亮度高光污染程度低，节能环保，非常适用于快速路、主干路、上坡路段、居民区道路等多种城市交通照明。在隧道照明中，金黄光LED隧道灯发出的黄光在隧道入口段和出口段能够与自然光形成明显的反差值，增强驾驶员的驾驶信心；在隧道中间段，金黄光LED具有非常高的反射率，能够增强隧道路面及隧道壁的反射亮度，避免“斑马线效应”的产生。多项工程案例显示，金黄光LED在实际应用中的优势显著，是市政照明较为理想的照明光源。总之，金黄光LED在市政照明应用中具有技术上的独特优势，能够从照明方面提高交通行驶安全性，符合新时代健康照明发展的趋势，应用前景十分广阔。