LED(LightEmittingDiode)即發(fā)光二極管，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件。LED的發(fā)光原理就是將電流通過化合物半導(dǎo)體，通過電子與空穴的結(jié)合，過剩的能量將以光的形式釋出，達(dá)到發(fā)光的效果。

　　自20世紀(jì)60年代第一個(gè)商用LED誕生以來，LED光源就得到了快速的發(fā)展和應(yīng)用。LED最初多用作指示燈、顯示板等，隨著白光LED的出現(xiàn)，其應(yīng)用范圍得到了很大的提高，現(xiàn)已在交通信號(hào)、廣告標(biāo)識(shí)、應(yīng)急照明、LCD背光照明、汽車照明系統(tǒng)、商用照明以及城市夜間景觀照明工程等諸多照明領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。因此，LED光源被稱為第四代照明光源或綠色光源，成為21世紀(jì)新一代光源。

　　近些年來，隨著LED照明技術(shù)的飛速發(fā)展和我國(guó)節(jié)能減排政策的深入實(shí)施，LED光源也開始應(yīng)用于道路照明及公路隧道照明。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)開發(fā)和生產(chǎn)以白光LED為光源的道路和隧道照明燈具企業(yè)已經(jīng)有數(shù)百家。采用LED作為照明光源的隧道也逐漸增多，如上海長(zhǎng)江隧道、北京德勝口隧道等。任何一個(gè)新生事物必然有一個(gè)發(fā)展與完善的過程，因此，在LED光源應(yīng)用于隧道照明初期，我們應(yīng)當(dāng)盡快了解和認(rèn)識(shí)LED光源在當(dāng)前隧道照明中的優(yōu)點(diǎn)及不足，充分發(fā)揮LED光源的優(yōu)勢(shì)，正視存在的不足。從而為我們?cè)谒淼勒彰髦姓_使用LED光源提供參考依據(jù)，為今后LED光源在隧道照明中的應(yīng)用和發(fā)展指明方向。

　　1、LED光源的特點(diǎn)

　　LED光源作為新一代光源，與白熾燈、高壓鈉燈等傳統(tǒng)熱輻射和氣體放電光源相比，有著很大的不同，當(dāng)前的LED光源在照明方面具有以下一些優(yōu)點(diǎn):

　　(1)體積小

　　LED光源與傳統(tǒng)光源相比體積小、重量輕，可以制作成各種形狀的器件，便于各種燈具和設(shè)備的布置與設(shè)計(jì)，適應(yīng)性強(qiáng)，適用范圍廣。

　　(2)環(huán)保性能好

　　由于LED光源在生產(chǎn)過程中無需添加金屬汞，因此LED廢棄后，不會(huì)造成汞污染，且其廢棄物幾乎可以全部回收利用，不僅節(jié)約了資源，還保護(hù)了環(huán)境。

　　(3)安全穩(wěn)定

　　LED光源使用低壓直流電就可以驅(qū)動(dòng)，一般供電電壓在6~24V之間，因此安全性能比較好，特別適用于公共場(chǎng)所。另外在外界環(huán)境較好的條件下，LED光源比傳統(tǒng)光源的光衰小、壽命長(zhǎng)，即使頻繁開關(guān)，也不影響其使用壽命。

　　(4)抗震、抗沖擊性能好

　　LED光源的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個(gè)有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，在結(jié)構(gòu)上沒有玻璃外殼，不需要像白熾燈或者熒光燈那樣在燈管內(nèi)抽成真空或沖入特定氣體。因此，LED光源的抗震、抗沖擊性能良好，給其生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用各環(huán)節(jié)帶來了便利。

　　(5)指向性強(qiáng)

　　與傳統(tǒng)光源相比，LED光源發(fā)出的光線是定向的，從LED發(fā)出的大部分光線能直接射向被照面，利用率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)光源。

    　LED(LightEmittingDiode)即發(fā)光二極管，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件。LED的發(fā)光原理就是將電流通過化合物半導(dǎo)體，通過電子與空穴的結(jié)合，過剩的能量將以光的形式釋出，達(dá)到發(fā)光的效果。

　　自20世紀(jì)60年代第一個(gè)商用LED誕生以來，LED光源就得到了快速的發(fā)展和應(yīng)用。LED最初多用作指示燈、顯示板等，隨著白光LED的出現(xiàn)，其應(yīng)用范圍得到了很大的提高，現(xiàn)已在交通信號(hào)、廣告標(biāo)識(shí)、應(yīng)急照明、LCD背光照明、汽車照明系統(tǒng)、商用照明以及城市夜間景觀照明工程等諸多照明領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。因此，LED光源被稱為第四代照明光源或綠色光源，成為21世紀(jì)新一代光源。

　　近些年來，隨著LED照明技術(shù)的飛速發(fā)展和我國(guó)節(jié)能減排政策的深入實(shí)施，LED光源也開始應(yīng)用于道路照明及公路隧道照明。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)開發(fā)和生產(chǎn)以白光LED為光源的道路和隧道照明燈具企業(yè)已經(jīng)有數(shù)百家。采用LED作為照明光源的隧道也逐漸增多，如上海長(zhǎng)江隧道、北京德勝口隧道等。任何一個(gè)新生事物必然有一個(gè)發(fā)展與完善的過程，因此，在LED光源應(yīng)用于隧道照明初期，我們應(yīng)當(dāng)盡快了解和認(rèn)識(shí)LED光源在當(dāng)前隧道照明中的優(yōu)點(diǎn)及不足，充分發(fā)揮LED光源的優(yōu)勢(shì)，正視存在的不足。從而為我們?cè)谒淼勒彰髦姓_使用LED光源提供參考依據(jù)，為今后LED光源在隧道照明中的應(yīng)用和發(fā)展指明方向。

　　1、LED光源的特點(diǎn)

　　LED光源作為新一代光源，與白熾燈、高壓鈉燈等傳統(tǒng)熱輻射和氣體放電光源相比，有著很大的不同，當(dāng)前的LED光源在照明方面具有以下一些優(yōu)點(diǎn):

　　(1)體積小

　　LED光源與傳統(tǒng)光源相比體積小、重量輕，可以制作成各種形狀的器件，便于各種燈具和設(shè)備的布置與設(shè)計(jì)，適應(yīng)性強(qiáng)，適用范圍廣。

　　(2)環(huán)保性能好

　　由于LED光源在生產(chǎn)過程中無需添加金屬汞，因此LED廢棄后，不會(huì)造成汞污染，且其廢棄物幾乎可以全部回收利用，不僅節(jié)約了資源，還保護(hù)了環(huán)境。

　　(3)安全穩(wěn)定

　　LED光源使用低壓直流電就可以驅(qū)動(dòng)，一般供電電壓在6~24V之間，因此安全性能比較好，特別適用于公共場(chǎng)所。另外在外界環(huán)境較好的條件下，LED光源比傳統(tǒng)光源的光衰小、壽命長(zhǎng)，即使頻繁開關(guān)，也不影響其使用壽命。

　　(4)抗震、抗沖擊性能好

　　LED光源的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個(gè)有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，在結(jié)構(gòu)上沒有玻璃外殼，不需要像白熾燈或者熒光燈那樣在燈管內(nèi)抽成真空或沖入特定氣體。因此，LED光源的抗震、抗沖擊性能良好，給其生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用各環(huán)節(jié)帶來了便利。

　　(5)指向性強(qiáng)

　　與傳統(tǒng)光源相比，LED光源發(fā)出的光線是定向的，從LED發(fā)出的大部分光線能直接射向被照面，利用率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)光源。

　　(6)響應(yīng)時(shí)間快

　　白熾燈的響應(yīng)時(shí)間為毫秒級(jí)，LED光源的響應(yīng)時(shí)間則為納秒級(jí)。因此，廣泛應(yīng)用于交通信號(hào)及汽車信號(hào)燈領(lǐng)域。

　　(7)發(fā)光效率較高

　　隨著LED照明技術(shù)的發(fā)展，LED光源的發(fā)光效率已經(jīng)由原來的不到10lm/W提高到100lm/W以上，且其發(fā)光效率仍有較大提高的潛力。

　　(8)光色豐富

　　LED光源通過改變電流、化學(xué)修飾、單色光混合等方法，可以實(shí)現(xiàn)可見光波段各種顏色的發(fā)光和變色，即使對(duì)于白光LED也可以制作成各種色溫的光源。因此，在室內(nèi)裝飾照明和景觀照明中具有明顯的
優(yōu)勢(shì)。

　　(9)無閃爍、無紫外線

　　LED光源采用的是直流供電，發(fā)光穩(wěn)定不閃爍，且光譜主要集中在可見光區(qū)域，基本無紫外線或紅外線輻射的干擾，從而可以避免頻閃效應(yīng)帶來的不利影響，提高人眼舒適性。

　　(10)亮度可調(diào)性好

　　根據(jù)LED光源的發(fā)光原理，LED的發(fā)光亮度或輸出光通量基本隨電流正向變化。而其工作電流在額定范圍內(nèi)可大可小，具有良好的可調(diào)性，為L(zhǎng)ED光源實(shí)現(xiàn)按需照明、亮度無級(jí)控制奠定了基礎(chǔ)。

　　正是因?yàn)長(zhǎng)ED光源具有以上傳統(tǒng)光源無法比擬的優(yōu)勢(shì)，因此LED光源成為各國(guó)照明事業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)和方向。

　　2、隧道照明的特點(diǎn)及對(duì)光源的要求

　　隧道照明是為了保證隧道內(nèi)交通順暢而設(shè)置的功能性照明，其照明的目的是為了給駕駛員在隧道行駛過程中提供一個(gè)安全、舒適的視覺環(huán)境，保障交通運(yùn)行，提高運(yùn)輸效率。由于隧道是一個(gè)半封閉空間，隧道在行車視覺特性上要比其他照明復(fù)雜得多，它不僅需要24h不間斷照明，而且白天照明要比夜間照明更復(fù)雜。因此，隧道照明具有以下一些特點(diǎn):

　　(1)分段式照明

　　分段式照明是隧道照明最顯著的特點(diǎn)。這是由于白天隧道內(nèi)部與外部道路的光環(huán)境發(fā)生了很大的變化，視覺需要有一定的適應(yīng)時(shí)間才能看清道路的情況。因此，為了讓駕駛員在隧道兩端出入口處能有一個(gè)良好的視覺過渡，隧道照明被分為幾個(gè)不同的照明段:入口段、過渡段、中間段和出口段，且每個(gè)照明段的路面亮度水平要求不同，如圖1所示。其中入口段、過渡段的路面亮度水平則需要根據(jù)隧道洞外亮度來確定。

        (2)加強(qiáng)照明

　　由于隧道白天與夜間的照明要求不同，因此對(duì)于入口段、過渡段及出口段的照明基本是由基本照明和加強(qiáng)照明兩部分組成，前者按中間段照明考慮，后者可用功率較大的燈具加強(qiáng)照明。同時(shí)，對(duì)于應(yīng)急停車帶和連接通道處的照明也有相應(yīng)的照明要求。

　　(3)避免/煙霧效應(yīng)

　　由于隧道內(nèi)部通風(fēng)條件的限制，汽車排出的廢氣不易快速稀釋，容易產(chǎn)生集聚形成煙霧，從而產(chǎn)生/煙霧效應(yīng)0。因此，在隧道照明設(shè)計(jì)和光源選擇上都要考慮其影響。

　　正是由于隧道照明具有如上所述的特點(diǎn)，我國(guó)現(xiàn)行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)5公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范6對(duì)隧道照明的光源和燈具提出了如下要求:

　　(1)一般情況下宜選擇效率高、透霧性能好的光源；

　　(2)短隧道、柴油車較少的城鎮(zhèn)附近隧道、應(yīng)急停車帶、人行橫通道、車行橫通道可選用顯色指數(shù)較高的光源；

　　(3)光源的使用壽命應(yīng)不小于10000h；

　　(4)燈具的防護(hù)等級(jí)應(yīng)不低于IP65；

　　(5)燈具應(yīng)具有適合公路隧道特點(diǎn)的防眩裝置；

　　(6)燈具結(jié)構(gòu)應(yīng)便于更換燈泡和附件；

　　(7)燈具零部件應(yīng)具有良好的防腐性能；

　　(8)燈具配件安裝應(yīng)易于操作，并能調(diào)整安裝角度；

　　(9)燈具不得侵入隧道建筑界限；

　　(10)中間段的燈具布置應(yīng)滿足低于2.5Hz或高于15Hz的閃爍頻率。

　　3、LED光源在隧道照明中的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

　　隨著LED照明技術(shù)的飛速發(fā)展和推廣普及，LED光源在隧道照明中的應(yīng)用也逐漸增多，LED光源由于其體積小、環(huán)保性能好、安全穩(wěn)定、發(fā)光效率高、可調(diào)性好等優(yōu)點(diǎn)在隧道照明中具有良好的前景與機(jī)遇。

　　(1)具有良好的光學(xué)性能

　　在發(fā)光效率上，雖然現(xiàn)階段LED隧道燈還不是發(fā)光效率最高的光源，但與熒光燈和金鹵燈相比還是具有一定的優(yōu)勢(shì)；另外，由于LED光源指向性強(qiáng)、體積小，在LED封裝時(shí)就可以進(jìn)行配光設(shè)計(jì)，通過科學(xué)合理的二次光學(xué)設(shè)計(jì)，LED隧道燈則可實(shí)現(xiàn)高于高壓鈉隧道燈的有效發(fā)光效率。

　　在使用壽命上，雖然在實(shí)際應(yīng)用中，由于封裝技術(shù)等方面的影響，LED光源很難達(dá)到100000h以上的理論壽命，但現(xiàn)階段仍有20000h左右的實(shí)際使用壽命，仍然滿足隧道照明對(duì)光源的要求，具有較高的使用壽命。

　　在光源光色上，白光LED光源可以達(dá)到80以上的顯色指數(shù)，應(yīng)用于隧道照明可以使駕駛員具有更好的清晰度和可見度，大幅度提高識(shí)別能力和反應(yīng)速度，避免交通事故。同時(shí)，白光LED光源的色溫也可以根據(jù)需求進(jìn)行定制，因此有利于研究隧道照明中不同色溫光源的視覺功效，選擇更適合隧道照明色溫的光源。

　　(2)有利于提高隧道的照明質(zhì)量

　　對(duì)于大部分傳統(tǒng)光源來說，一般功率高的光源往往其光效高，光通量大。因此，在道路照明時(shí)，在保證路面照度均勻度的前提下，一般選擇功率較大的光源，這樣可以提高效率，加大燈具之間的間距，減少燈桿和燈具的數(shù)量，降低成本。而對(duì)于隧道照明來說，雖然燈具的安裝無須增設(shè)燈桿，但由于傳統(tǒng)小功率光源光效相對(duì)較低，且需要增加燈具的數(shù)量，因此，也盡可能選用功率大的光源。

　　而對(duì)于LED光源來說，雖然應(yīng)用于隧道照明的是大功率LED光源，但是其單個(gè)光源的功率一般在1W~3W之間，其隧道燈是由多個(gè)大功率LED光源通過串、并聯(lián)組合成的，因此，LED隧道燈可以根據(jù)需要進(jìn)行組合，降低單個(gè)隧道燈的功率，縮短燈具之間的距離，從而帶來以下一些好處:

　　1)避免眩光

　　由于降低了單個(gè)隧道燈的功率，其亮度就會(huì)降低，從而避免在行車過程中，特別是在逆光照明條件下由于光源過亮所產(chǎn)生的眩光干擾。

　　2)提高亮度均勻度

　　由于燈具之間的距離較短，不易出現(xiàn)燈具之間的/暗區(qū)0，同時(shí)配合良好的二次光學(xué)設(shè)計(jì)，則可以大大提高隧道路面的亮度均勻度和目標(biāo)可見度。

　　3)避免頻閃效應(yīng)

　　頻閃效應(yīng)(flickereffect)是駕駛時(shí)通過明暗周期性變化照明所產(chǎn)生的一種現(xiàn)象。閃爍頻率(即頻閃效應(yīng)的頻率)f=v/s(其中v為車速，s為燈具之間距離)應(yīng)滿足低于2.5Hz或高于15Hz的要求。因此，較短的燈具之間距離易使得閃爍頻率高出15Hz，亮度分配較均勻的光源也利于減弱頻閃效應(yīng)所帶來的不舒適現(xiàn)象。

　　4)增強(qiáng)視覺引導(dǎo)性

　　由于燈具之間的距離短、排列有序，且LED隧道燈具有一定的亮度，容易形成一條較明亮的光帶，提醒駕駛者注意路面方向的變化，使隧道具有良好的視覺引導(dǎo)性，如圖2所示。

        從上面所述可以看出，LED隧道燈通過科學(xué)的設(shè)計(jì)和布置，特別是采用LED帶狀光源或條形燈具，則可以大大提高隧道的照明質(zhì)量。

　　(3)有利于隧道照明的智能無級(jí)控制

　　在隧道照明標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，應(yīng)根據(jù)洞外亮度和交通量變化分級(jí)調(diào)整入口段、過渡段和出口段的照明亮度。傳統(tǒng)的隧道光源(高壓鈉燈和金鹵燈)主要是靠關(guān)閉部分光源來達(dá)到調(diào)光要求，這種方式一方面會(huì)增加燈具數(shù)量和照明回路，另一方面還會(huì)降低隧道照明質(zhì)量，容易產(chǎn)生/斑馬效應(yīng)0。

　　而LED光源由于具有良好的亮度可調(diào)性，因此，可以實(shí)現(xiàn)按需照明、亮度無級(jí)控制。LED隧道燈的無極調(diào)光性能是其最大的優(yōu)勢(shì)與亮點(diǎn)之一，若結(jié)合智能化照明控制系統(tǒng)，采用隧道照明的智能無級(jí)控制，則白天可以根據(jù)隧道洞外實(shí)際亮度變化對(duì)洞內(nèi)加強(qiáng)照明進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)控制，下半夜則根據(jù)交通量的變化同步調(diào)節(jié)隧道的基本照明亮度，并不會(huì)產(chǎn)生/斑馬效應(yīng)0，有效避免過度照明，在滿足安全舒適的前提下最大限度地節(jié)約照明能耗。

　　(4)安裝維護(hù)方便

　　LED隧道燈是通過多個(gè)LED光源組裝成的模塊拼裝起來的，安裝時(shí)采用模塊式安裝，無需多余配線，安裝簡(jiǎn)便。

　　LED隧道燈在維護(hù)方面也要優(yōu)于傳統(tǒng)光源的隧道燈。傳統(tǒng)光源的隧道燈達(dá)到壽命期限時(shí)就必須進(jìn)行整個(gè)燈具的更換，而LED隧道燈由于采用的是模塊式，一旦出現(xiàn)個(gè)別光源熄滅的現(xiàn)象，只需更換其中的那個(gè)模塊，而不會(huì)造成整個(gè)燈具無法使用，從這個(gè)角度來看，LED隧道燈也存在節(jié)約能源的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，由于LED光源的壽命長(zhǎng)，意味著無需經(jīng)常進(jìn)行更換，從而減少了交通中斷的潛在性，降低了為此支付的維修費(fèi)用。

　　雖然LED光源在隧道照明中比傳統(tǒng)光源更具上述一些優(yōu)勢(shì)，且正在隧道照明領(lǐng)域推廣，但LED光源在隧道照明普及和應(yīng)用方面仍需面臨以下一些挑戰(zhàn)。

　　(1)價(jià)格高

　　價(jià)格高是LED推廣應(yīng)用不可回避的問題，尤其是大功率型LED光源的價(jià)格較高。一盞100W的LED隧道燈與一盞150W的高壓鈉燈的功效差不多，但一套優(yōu)質(zhì)150W高壓鈉燈燈具設(shè)備的價(jià)格約800元左右，而一套優(yōu)質(zhì)100WLED燈具的價(jià)格約4000元左右，其價(jià)格相差5倍。因此，一次性投入較大及產(chǎn)品性價(jià)比問題是影響當(dāng)前LED隧道照明普及的重要原因。

　　(2)散熱問題

　　高壓鈉燈、金鹵燈等傳統(tǒng)光源電弧管工作時(shí)都需要外泡殼維持很高的管壁溫度，密閉的照明燈具對(duì)這種光源工作是有利的。然而，這對(duì)LED光源卻十分有害，這是因?yàn)長(zhǎng)ED工作時(shí)會(huì)有70%甚至更高比例的電能會(huì)轉(zhuǎn)換成不能依靠輻射釋放的熱量，且隧道內(nèi)部通風(fēng)條件不佳，溫度很容易升高。而LED半導(dǎo)體發(fā)光器件會(huì)隨著自身溫度的變化其特性會(huì)有明顯的變化，特別是PN結(jié)溫的升高會(huì)導(dǎo)致器件各方面性能的變化與衰減。這種變化主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：

　　1)減少LED的外量子效率；

　　2)縮短LED的壽命；

　　3)造成LED發(fā)出光的主波長(zhǎng)偏移，從而導(dǎo)致光源的顏色發(fā)生偏移。

　　因此，散熱是LED光源在隧道照明中所面臨的重要挑戰(zhàn)，否則會(huì)大大影響LED的正常工作，降低光效，加快光衰，縮短壽命。

　　除了上述兩大限制LED隧道照明燈具發(fā)展的瓶頸外，目前LED光源的光效、封裝工藝和材料、驅(qū)動(dòng)電路、二次光學(xué)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品及測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)問題尚欠成熟和完善，這些問題都將是LED光源在今后隧道照明及其他照明推廣應(yīng)用中所面臨的挑戰(zhàn)。

　　4、結(jié)論與展望

　　LED光源作為新一代的照明光源，以其高效、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)得到國(guó)家和地方政府的大力支持和推廣。其應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸由信號(hào)指示、應(yīng)急照明等小功率照明拓展到道路照明及公路隧道照明等大功率照明。在隧道照明中，LED光源除了具有良好的光學(xué)性能外，還具有提高隧道照明質(zhì)量、采用智能無級(jí)控制和方便后期維護(hù)等優(yōu)勢(shì)，這為L(zhǎng)ED光源在隧道照明中的應(yīng)用帶來了很好的機(jī)遇。但與此同時(shí)，LED光源在當(dāng)前的隧道照明中仍面臨價(jià)格高和散熱難兩個(gè)方面的重大挑戰(zhàn)，以及LED照明技術(shù)尚未成熟的挑戰(zhàn)。

　　因此，在當(dāng)前隧道照明中，應(yīng)當(dāng)避免過分夸大LED光源的效果、急功近利、盲目使用，LED光源在隧道照明中的應(yīng)用仍待進(jìn)一步深入研究和檢驗(yàn)，并建立標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的LED隧道照明設(shè)計(jì)、管理及運(yùn)營(yíng)體系，實(shí)現(xiàn)LED照明產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化，真正發(fā)揮LED光源在隧道照明中的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，我們也應(yīng)看到LED照明技術(shù)的發(fā)展勢(shì)頭和廣闊前景，在解決了當(dāng)前所面臨的問題后，LED光源無疑是隧道照明甚至其他照明領(lǐng)域發(fā)展的方向。