摘要：在大功率LED商业化以前，道路和隧道照明灯具（以下简称路灯和隧道灯）基本上都是以高压钠灯为主的气体放电灯，近十年来，随着大功率LED技术的日渐成熟，LED道路和隧道照明灯具从无到有，从粗糙的初级状态发展到如今百花齐放、百家争鸣的地步，虽然在节能方面为全社会做出了巨大的贡献，但目前这种类似战国时代的业态，表现在LED的光源类型、灯具的配光、散热设计、结构形式等方面五花八门，不但让客户感到眼花缭乱，在选择产品时无所适从，也对产品的研发设计、供应链管理、生产制造和检测都带来不必要的难题，势必影响整个行业的健康发展。本文正是基于这一认识，试图剖析现在市场上各种LED路灯和隧道灯的优缺点，通过分析对比，为未来产品的发展理出一个科学合理的思路。
关键词：LED；路灯；隧道灯；发展趋势
一、目前市场上常见的几种类型LED路灯和隧道灯
1、整体式LED路灯、隧道灯
（1）整板整体式LED路灯、隧道灯：
这种路灯的特点是：灯具拥有一个不可分割或重新组合的壳体，这种壳体一般是铝合金压铸件，壳体一旦成型，就只能在预留的光源安装区域（灯具出光口限定的区域）内布置光源；光源（灯珠）要么焊接在一块整体的铝基板上（一般是SMT光源，有些灯具至今仍沿用早期流明式封装），要么分组连接为一个方阵（直接封装在一片冲压板材上）。
若采用带灯珠的铝基板，则铝基板底部涂抹导热硅胶膏体（导热系数一般在2.0 W/mK左右），紧密地贴装在灯具光源腔的底面。铝基板的上面，加盖了一个整体式（一次性成型的）透镜板，用以将灯珠的朗伯型配光转换成道路或隧道照明所需要的矩形配光。这被称为二次配光。
若采用流明式的灯珠连体方阵（灯珠板），则一般在灯珠方阵的下方铺设一层导热胶片。若灯珠本身提前封装了“一次透镜”，则灯珠方阵的上面一般只需覆盖一层有一定刚度的反光板，用以均匀地固定住灯珠方阵，兼具将来自光源腔内框壁和外层玻璃板的反射光再反射到灯具外部。若灯珠未封装“一次透镜”，则需要在灯珠方阵的外层加一个整体的二次配光透镜。早期的灯具通常是加一个整体的反射式透镜方阵（整体反射杯），至今仍有厂家沿用。
LED路灯的电源一般在灯体的内部，也有在外部的，在市场上属于非主流。隧道灯电源一般都在外部（背面），早期的一些隧道灯电源也在内部。详见图1～图3：
（2）壳体裁切整体式LED路灯、隧道灯：
这种灯的显著特点是：安装光源的灯体部分一般是铝合金挤压成型的等截面体型材（散热器），灯具在设计时，根据光源的排布需要，计算出所需一定长度的挤压型材。在制造阶段，只需要截取相应长度的型材，处理后装上光源组件，再用专门设计的前、后端堵头围出一个矩形的光源腔即可，当然，接缝处要用密封条封好，包括光源腔保护玻璃罩与灯具壳体之间的密封。
这种灯具的型材截面形状不尽相同，堵头更是五花八门。隧道灯的堵头左右通常是相同的，有的路灯也做成这样。
对于路灯来说，电源一般安装在后端的堵头内部。当前后堵头相同时，电源便安装在型材的背面。隧道灯的电源一般都装在背面。见图3：
（3）透镜分组整体式LED路灯、隧道灯：
这种灯具来自整板整体式，唯一的区别就是将灯具的整体式透镜板更换为几个单元透镜模组，且这些透镜模组一般都是完全相同的，但透镜下面的铝基板却是一个整体（整块铝基板）。见图5、6：
（4）透镜与铝基板分组整体式LED路灯
这种灯具和透镜分组整体式（TFZ）灯具唯一的区别是铝基板也是模组式的。
（5）集成封装整体式LED路灯、隧道灯（JZ）：
这种灯具类似于透镜与铝基板分组整体式（TLFZ）灯具，集成封装光源模块相当于TLFZ灯具的透镜与铝基板模组。不同的是，首先，JZ灯具的集成封装光源是一个完整的整体光源，体积要远远大于普通的单颗LED，可以直接安装在灯具壳体上，不像TLFZ灯具那样由灯具制造商把来自光源生产商的多个LED小灯珠焊接在自行设计的铝基板上。其次，是结构上的差异：JZ灯具通常有一个像网球拍一样的格栅状散热壳体，如图7所示：
（6）热管散热整体式LED路灯、隧道灯：
这种灯具与以上灯具的最大区别在于其散热结构不是铝合金的灯具壳体，而是特制的热管散热器。我们知道，热管是目前人类已知的散热效果最佳的人造散热系统，但对LED路灯和隧道灯来说，其缺点是造价高、结构复杂、易锈蚀和积累灰尘杂物等，多见于2010年以前的灯具。近几年来，随着LED光效的不断提高，LED的散热问题已不再像原先一样是一个难题，普通的铝合金散热器完全可以胜任灯具的散热需要，所以现在这类灯具已成为小众产品。典型的RZ灯具如图8、图9：
2、模组式LED路灯、隧道灯
（1）单颗共板模组式LED路灯、隧道灯（DGM）
这是一种完全不同于以上各种整体式LED路灯和隧道灯的灯具。最大的区别在于：构成这种灯具的主要部分是完全可以从灯具上拆卸并能够在加电后独立工作的“模组”。模组的数量为一个以上，一般最多达6个。模组具有独立的光源腔、密封结构、散热结构和电器连接接口。这些模组的结构和参数一般完全相同。不同功率的灯具由不同数量的模组组成。模组一般采用集中供电的模式，即由灯具上的一个整体电源为所有的模组同时供电。灯具的壳体也不同于整体式灯具的壳体，安装模组的结构部分可从灯具上拆下并可以被置换成不同长度的系列结构件。见图10
值得一提的是，目前市场上大多数DGM灯具都是不带钢化玻璃保护罩的，只有少数厂家在灯具的出光面上加了一个钢化玻璃保护罩，这有利于提高灯具的正面防护效果，有效地保护透镜不被冲洗时的水流冲刷和有可能侵入的外物所损伤，缺点只是增加了灯具的重量和成本。
（2）集成封装模组式LED路灯、隧道灯（JM）：
这种灯具的不同在于模组上，其模组光源是集成封装式光源或COB。相当于JZ灯具的光源。如图11、图12
（3）单颗方阵模组式LED路灯、隧道灯：
这种灯具的大体结构和单颗共板式模组灯具是一样的，区别只是在于模组的不同。灯具的模组由整体的散热器、单颗共板整体式铝基板、整体的密封圈和单颗共板整体式透镜板组成，而DFM灯具的模组由独立的单颗LED小散热器、独立的单颗灯珠和独立的单颗用透镜等组成，这些独立的基于单颗的光引擎单元（单颗LED光源模块）实际上完全可以拆下来独立工作，只是出于灯具整体概念的需要，并从概念和应用层面靠拢“模组”思想，才将一定数量的独立光引擎排列组合成一个类似于灯具的模组，并在安装尺寸上与灯具的模组保持一致，以求满足互换性的需求。见图13：
（4）单颗方阵特殊模组式LED路灯、隧道灯：
（5）这种灯具从外观上乍看起来很像单颗方阵模组式（DFM）灯具，细看是不同的。二者的主要区别在于：单颗方阵特殊模组式（DFTM）灯具的整个光源区由多个独立的单颗LED光引擎排列组合成只有一个驱动端口的整体电路方阵，不像DFM灯具那样由一组以上的单颗方阵模组组成，每个模组需要单独驱动。如图14、图15：
3、其它概念LED路灯、隧道灯
随着人们需求的不断变化和技术的持续发展，近几年出现了不同于以上思路的各种LED路灯和隧道灯，归纳如下：
（1）免驱动整体式LED路灯、隧道灯（MZ）：
这种灯具（也叫AC LED灯具）外观与上述整体式灯具没有什么区别，实质的区别在于：MZ灯具没有外接的LED驱动电源，但这并不意味着不需要这一驱动环节，而是将驱动部分巧妙地和LED灯珠焊接制作在了一个整体的电路板（通常为铝基板）上，整个灯具只需直接接在市电网上就可以工作了，这种灯具看起来比较简洁。
（2）免驱动模组式LED路灯、隧道灯（MM）：
这种灯具最大的特点和MZ灯具是一样的，那就是没有外接的LED驱动电源。区别在于MZ灯具的发光部分是一个整体，不可分割，而MM灯具的发光部分是由一个以上的独立模块组成的，也叫AC LED模组，其模组式架构和以上所讲的模组式灯具是相同的。
以上所描述的这种免驱动的技术在2016年的光亚展上已经比较多见，好多厂商都推出了自己的免驱动LED模组，这是那次展会上的一大技术亮点，值得关注。
（3）交流LED路灯、隧道灯（JLX）：
这种灯具从外观上及结构上看与免驱动灯具比较相似，就是都没有外接的LED电源。最大的区别在于：免驱动灯具是将驱动电路与功能移植到了LED光源所在的电路板上了，而JLX灯具的发明者们在去LED驱动这一问题上考虑得更加前瞻，即从封装环节就解决了免驱动的问题，因而JLX灯具的光引擎（也称高压LED、HV-LED）看起来更加简洁明快，不像免驱动灯具的光引擎那样看起来比较臃肿，明显能够看到大大小小的电子元件和LED灯珠焊接在一块板子上。
（4）相变拟制散热式LED路灯、隧道灯（XN）:
这种灯具从外观上看明显不同于以上所有灯具，最大的特点是采用了一种叫“相变拟制”技术的特殊散热器，因而看起来具有非常独特的外形。
这种灯具的光源一般采用集成封装LED（或COB）。电源用普通的LED恒流电源。
相变拟制散热器内装特殊液体传热介质，被密封在遍布散热器背部的网状回路管道内，当LED光源工作时，它发出的热量会首先传递到位于其背部的管网，管内介质受热后会迅速将热量沿着管网传遍整个网路，这些热量再通过导热系数很高的铝板将热量带到散热器表面，然后通过外部空气对流将热量带走。为了迎合客户的审美需求，散热器可以做成各种形状。
（5）条形隧道灯（TSD）:
这种隧道灯在电路与工作原理上和壳体裁切整体式灯具（KCZ）一样，只是外观特别一些，看起来明显是一个长条形（可参考CSA相关标准中的长宽比）。
条形隧道灯在目前的市场上一直属于小众产品，原因在于：虽然它在隧道里能够营造出最佳的照明均匀度，且视觉效果很好，但因为安装时是一个挨着一个装的，不但灯具总投资大，而且安装工作量很大，施工成本和后期维护成本都很高。除非将来有新的低成本、标准化技术的出现，否则这种灯具暂时不会大批量投放市场。在我国，香港几乎所有的隧道、台湾的部分隧道和大陆的有些海底隧道采用这样的隧道灯。
（6）仿钠灯LED路灯（FND）
这种灯具的最大特点就是将LED光源做成了类似钠灯灯泡一样的外部结构，即加了一个爱迪生螺口的独立光源，像钠灯灯具一样，当光源不能继续正常工作时，只需要拧下这个光源，换上另外一个新的光源即可。所谓“仿”分两种，一种是仿钠灯优美的造型（壳体）和可方便更换的灯泡，灯具色温无所谓，如图17。另一种是仿钠灯的壳体和色温（1800K～2200K），光源虽然不像钠灯那样的灯泡，但是也可以方便地更换，如图18。
二、各种LED路灯、隧道灯的优缺点
1、直观量化列表：
结合多年的实践经验，我们对以上介绍的灯具在10个方面各的表现进行打分，见表1：
2、解读：
（1）表1中的10个方面有些是综合性的，有些比较具体，但都是我们在实践中总结的最被市场关注的部分。比如美化优势，指的是灯具是否容易做得很美，有些灯具限于其类型的特殊性，常常不易做得很美，比如单颗方阵式灯具就是这样。
大多数用户非常在意产品的外观，所以这方面单独列出。
综合安全性能集中体现在GB 7000.1-2015《灯具 第一部分 一般要求与试验》中，涵盖了许多方面，所以单独列出。
整体散热性能直接关系着LED光源的工作结温，而结温直接关联着LED的寿命，非常重要，所以单独列出。
整体可靠性主要指LED光源的可靠性以及灯具防护方面的可靠性。
综合成本优势主要指材料费和加工费。
总维护成本优势值得我们单独提出，这一点专门针对模组式灯具，下面会讨论。
生产组织优势主要体现在生产加工成本和交货周期这两个方面。
（2）表1中的10分代表最高分。当然，分值只是相对比较的一种直观描述，并不代表灯具在对应方面具有数字比例那样的差别。
（3）75%的灯具都有某方面的突出优势（表1中的10分）。这恰好说明了在LED路灯和隧道灯高速发展的这十年（2007年～2017年）中，灯具的形式为什么不能得到统一的原因。
（4）表1显示：透镜与铝基板分组整体式（TLFZ）灯具是综合性能最好的灯具，其次是集成封装模组式（JM）灯具和交流LED式（JLX）灯具。综合性能最差的是仿钠灯LED（FND）灯具，其次就是免驱动模组式（MM）灯具和整版整体式（ZZ）灯具。
三、LED路灯、隧道灯的演变和未来发展趋势探讨
1、 LED模组的诞生
2007年以前，LED路灯基本都是用高压钠灯的外壳改制的，主要缺点是散热性能很差。后来，为解决这一问题，人们发明了热管散热式灯具，这种灯具在当时（2008年～2010年）引领了潮流。
随着LED发光效率的不断提升，散热瓶颈问题很快得到了解决，铝材担当了LED灯具散热的大任，很快便代替了造价昂贵而复杂的热管。最常见的是压铸铝散热器和挤压铝散热器，直到今天依然没有改变。于是人们逐渐将着眼点转移到了散热结构的设计、可靠性设计、成本控制、维护性、外观设计、工艺改进以及生产组织的优化这些方面。其中，维护的方便性得到了业界广泛的关注，这来自高压钠灯维护性极佳的启示。我们知道，高压钠灯灯具的光源就是一个带爱迪生螺口的灯泡，灯一般不亮都是这个灯泡不能正常工作了，这时无需拆下整个灯具，只需要拧下灯泡，换一个新的即可。而LED光源要么是集成式封装（或COB），要么是单个小颗粒LED灯珠的组合方阵，但无论是哪一种，只要LED失效，更换光源就很麻烦，一定要将整个灯具卸下来，然后返厂修理。为了解决这个问题，人们便想到了模块化这一概念，即将灯具做成由可独立工作的模块组成的装配体，这样，当某一个或某一部分LED失效时，再无需卸下整个灯具，而只需更换失效的模块即可。这样还有一个优点就是：如果大家都按照一个标准来制作LED模组，那么模组化的灯具便具有了模块互换性，这无疑扩大了灯具业主的采购选择余地。就这样，LED模组被一些行动迅速的厂家做了出来。为了适应市场发展的趋势并引导行业健康发展，国家半导体联盟及时地推出了《CSA016-2014 LED照明应用接口要求：自散热、控制装置分离式LED模组的路灯/隧道灯》这一标准，极大地规范了快速起步的LED模组市场，成了LED路灯和隧道灯发展的里程碑和LED模组正式诞生的标志性事件。
2、 LED模组的发展
自从LED模组诞生以来，在业界便争议不断，并不是所有的业内人士都认为这是一件好事。细心的人们发现，在灯具维护难易程度和总维护成本方面，人们原来想象的模组式灯具的优势其实是不存在的或者说大打折扣，其优势即所谓维护方便。我们这样分析：假如一盏由四个模组组成的LED路灯有一个模组坏了，不能点亮了，按照最初想法，那就派人去把坏了的模组换掉，这样，那个灯具就会由一个新模组和三个旧模组组成。这看起来是不美观的，其次是新旧模组发光时会有明暗的差异，再就是旧模组随时可能损坏的风险以及新旧模组的寿命差异。有朝一日，第二个旧模组坏掉了；再有一日，第三个模组坏了；最后，最后一个也坏了，我们更换不？如果都换，那意味着要换4次。而整体式灯具只需要更换一次，且不存在上述问题。这样的维护成本差异，一目了然。这是模组式灯具发展到现在给我们留下的最具讽刺意味的问题------完全违背了初衷。况且，根据我们的了解，国内某大牌厂商的模组在密封方面采用了一次性设计安装的办法，一旦出现问题，要对其进行破坏式拆解。而整体式灯具不存在这个问题。
具有讽刺意味的是，LED路灯模组经过几年的发展，虽然没有在维护性方面发挥出成本优势，却鬼使神差地在另一个方面大显了身手，即在异形装饰性路灯灯杆上的应用。近几年来，具有各种复杂造型甚至古怪造型的装饰性路灯风靡于祖国大地，这些路灯灯杆的设计完全抛开了传统锥形灯杆的单一思路，采用灯杆与路灯灯头一体化设计的思路，传统的整体式路灯很难配合这样的理念，正好为体积小，组合方便的LED模组提供了发挥优势的舞台，这是人们当初在提出模组这一概念时所未必想得到的，但也许是脑洞大开的设计师们为了给LED模组找销路或者迎合所谓的发展趋势而创造出了各种各样的异形装饰性路灯灯杆。当然，也许是别的原因。
再说说模组阵营内部的事。单颗光源组成的模组现阶段仍然是市场的主流，细分有几种，主要体现在LED灯珠上，有高可靠性的模组，有性价比很好的普通模组，也有非常便宜的模组。值得一提的是，国内一直有几款大牌而小众的LED模组，那就是单颗方阵模组及单颗方阵特殊模组，其特点是灯具的光引擎是独立的，即采用独立的单颗LED，配以独立的透镜、散热器和密封圈，只要有合适的电流输入，完全可以独立工作，只是限于灯具整体功率和造型的要求，这些独立光引擎才被排列组合在一起，形成一个灯具。这种模组的最大优势在于整体灯具具有极好的对流散热的优势，这是其它所有灯具不具备的。最大的劣势在于其没有钢化玻璃保护罩以及造型过分单一，美化难度较大，任何一个改进措施都会影响其最大优势的发挥。这也许是其一直保持“小众”的原因。
为了赶上新的发展潮流，热衷于集成封装LED或COB的商家也推出了基于这些光源的LED模组，外形尺寸和安装方式与单颗LED模组完全兼容，近两年来市场发展趋势向好。这种模组在生产准备、安装及成本方面具有优势，劣势是热性能相对较差。
近两年来，在模组方面有一种趋势值得我们注意，那就是免驱动LED模组，这是业内极简主义者的得意作品。这种模组直接接通市电就可以工作，不需要外接恒流电源，在外观上类似于单颗共板模组，外形与安装尺寸具有完全的兼容性。目前大家对这样的模组似乎还处于观望状态，原因是不少人怀疑和LED灯珠共同焊接在一块铝基板上的驱动模块的可靠性和综合安全性能。
3、 未来发展趋势探讨
正如表1所显示的那样，大多数灯具都有其闪光的地方，所以至少到现在为止，还没有哪种灯具能够完全替代其它灯具，但技术的发展和市场的需求不可能停下，因此，科学地分析探讨下一步产品的发展方向，对业内企业的健康发展应该是有帮助的。
我们先从大的方面分析一下整体式灯具和模组式灯具的未来走向。
整体式灯具最大的优势在于外观容易美化，整体性好，可以安装在所有简单的普通灯杆上，简约大方，工程整体造价较低。劣势是难以适应装饰性灯杆对灯具的苛刻要求，生产组织方面成本高，交货周期较长。
模组式灯具正好和整体式灯具相反。
那么，究竟哪一种灯具有望成为未来主流呢？我们认为，如果国家能够强制推行灯具配光和光通量的系列化与标准化，并严格限制路灯灯杆的过度投资，那么未来一定属于整体式灯具，否则，市场上将会出现整体式灯具与模组式灯具长期并存的局面，谁也不可能完全代替谁，尽管模组式灯具显现出了看似不错的发展势头。
如果未来整体式灯具占据上风，那么，透镜与铝基板分组式灯具无疑将会成为整体式灯具的最佳样板，因为它克服了整板整体式灯具维修更换的高成本劣势；没有壳体裁切整体式灯具较差的装配难度及可靠性较差的密封防护方式；克服了透镜分组整体式灯具铝基板更换成本较高的劣势；相对于集成封装整体式灯具具有更加优越的散热性能。至于热管散热式灯具，终将彻底成为历史。对于免驱动整体式LED灯具，我们认为没有前途，因为后期可能的维护成本将会较高。
如果未来模组式灯具占据了上风，我们认为，最好的模组依然是现在市场上的主流模组，即单颗共板式模组。因为它在热性能方面明显好于集成封装式模组；在视觉及美化处理方面的优势明显盖过单颗方阵式模组和单颗方阵特殊模组；至于免驱动式模组，除非驱动部分的安全可靠性完全不亚于高性能的恒流驱动电源并且成本明显低于单颗共板模组与电源的组合，否则不会成为主流。
交流LED模组虽然诞生得很早了，但至今仍然属于小众，一个重要的原因在于其类似于免驱动LED模组对于雷击浪涌的低抵抗力以及维护更换的较高成本，我们认为未来不可能成为主流。
相变拟制LED路灯和隧道灯纯粹属于异类，其特殊的散热设计的可靠性仍然有待进一步验证；光源选择的局限性以及造型单一的缺点限制了其发展前途，未来肯定依然属于小众产品。
条形隧道灯的巨大优点在于其具有营造路面最佳照度均匀度的先天优势，劣势在于工程安装成本的高昂，所以一般用在特别讲究的海底隧道里，故未来不可能成为主流。
最后说说仿钠灯LED灯具。现在的主要优点在于其可以像钠灯灯具一样做出完美漂亮的造型，可以像钠灯一样具有温暖舒适的色温而又拥有远高于钠灯的显色指数。最大的缺点是灯具整体的散热性能不佳，这会影响灯具的寿命。如果未来LED的光效有了大幅度提高，很有可能跻身主流行列。
【结语】LED路灯、隧道灯经过十多年的高速发展，虽然在满足道路照明基本要求方面已经完全成熟，但其过多的灯具种类和发展思路给研究单位、生产制造企业和用户带来了不小的困惑，为了解决这个问题，本人企图以此粗浅之文与业界同仁共商思路，抛准引玉，为LED户外照明事业尽自己一点儿极其微薄之力。
［作者：李毓，陕西烽火佰鸿光电科技有限公司。地址：西安市高新六路28号烽火科技园，电话：158 2900 2659］