LED光源技術特性與節能環保效益研究

王樹彬 高愛 付國杰

摘 要：隨著節能環保理念的深入人心，LED燈在社會生活中逐漸取代傳統的白熾燈，成為照明的首要選擇。相較于傳統的照明設備，LED在光源技術方面具有一定的特性，并且具備低耗能、低污染、高效率等優勢。基于此，本文結合LED燈對LED光源技術特性進行簡要分析，并探究其節能環保效益，以期對LED的推廣與運用提供建議。

關鍵詞：LED光源技術；特性分析；節能環保

1962世界上第一支紅色的發光二極管（LED）問世，之后在科學家技術創新的支持下顏色各異的LED等也相繼出現，直到1998年，白色的發光二極管終于研制成功，這一技術的出現為照明系統改革提供了重要工具。相較于傳統的白熾燈，LED燈主要依靠于半導體器件，而根據電子發光原理，這一照明工具具有冷光源、眩光小、無輻射、電壓低、直流驅動、超低功耗、超高轉換率等優勢，因此在節能環保逐漸成為社會經濟發展主流的背景下，自然成為照明工程建設首要選擇。

一、LED光源技術特性分析

LED可以將電能轉化為可變光，其轉化效率遠高于傳統的白熾燈與其他節能燈，因此，在當前LED技術和高效節能技術不斷發展，LED芯片的性價比逐漸提高的起背景下，LED燈在各個領域的照明工程建設中廣受青睞，儼然成為當前世界照明系統的主導者。LED之所以能夠在照明方面具備顯著優勢，其關鍵就在于獨特的光源技術，具體來講，其光源技術特性主要體現在以下幾個方面：

（一）發光原理

LED是一種固態的半導體器件，該半導體器件的晶片主要由于P型半導體和N型半導體組成，在結構中兩種半導體的質量存在明顯差異。P型半導體在LED內部的空穴中占據主導位置；N型半導體的一側主要由電子構成。當P型半導體與N型半導體相連，LED通上電流，LED內部的電子就會與空穴復合，兩個區域連接并發出能量，這樣就完成了將電能轉化為可見光的過程。

（二）光學系統

配光曲線是表示光源在空間各個方向的光強分布的主要標準。不同類型的LED配光曲線的分布不同，形成的光學系統自然也存在差異，例如單色光LED的配光曲線發光強度呈現周圍大中間小的特點，如果將一張白紙放在燈下則能夠明顯看到中間為一塊暗斑，周圍是呈現一個光圈的形象，這主要由于單色光LED的芯片截面積在0.11-0.125mm之間，相對燈罩形成的透鏡，其視場角依然很大，因此也就能夠實現光線的擴散。基于此，設計者在應用過程中可以根據曲線的分布以及照明合理進行配光設計，以適當調整光線的投射角度，擴大照明面積與增加照明強度。例如設計LED路燈的過程中，設計者可以采用鍍鋁膜反光鏡改變投射角度，提高光源的利用率，保證路燈維持在合適的照度以及均勻的分布。

（三）散熱系統

LED是冷光源，這就使得其發光率較低，且大部分光源會轉化為熱量，因此如何實現有效導熱也是LED芯片設計的關鍵因素。根據LED的光源特性，設計者應注意對散熱片的合理選擇以及與LED燈的匹配程度。例如重視翹片的作用，保證散熱器表面光滑平整，同時合理設計翹片與基體間距，最大限度保證散熱面積，提高散熱性能；最好表面處理，即在翹片表面涂上復合材料或進行氧化處理，以提高其輻射率，保證散熱性能。

二、LED節能環保效益分析

隨著節能環保理念逐漸深入人心，LED基于自身在節能環保方面的優勢逐漸受到人們的認可。從居家生活到城市規劃，我們到處都能夠看到LED燈的身影。相較于傳統的白熾燈、熒光管燈照明工具，其節能環保效益主要體現在以下幾點：

第一，光源發光效率高，普通的白熾燈光效在10-15流明/瓦、熒光燈50-90流明/瓦，而LED的光效可達到50-200流明/瓦，且光譜窄，無需過濾，能夠直接形成有色可見光；第二，耗電量小，LED采用直流驅動，單管功率為0.03-0.06瓦，電壓1.5-3.5伏，電流15-18毫安，且通電后反映速度快，能夠實現高頻操作，在同等條件下，這一耗電量是普通白熾燈的萬分之一，熒光管的二分之一，根據日本的數據調查顯示，如果將LED全部替代當前的白熾燈與熒光管，每年可節約的電量相當于60億升原油產生的能量；第三，使用壽命長，采用電子光場輻射發光是傳統照明工具的主要光源特性，這種發光系統具有熱沉積、光衰減等劣勢，而LED采用固態半導體器件，輻射小、熱沉積少、光衰減慢等優勢，因此使用壽命較長，也有效控制了了維修、更換的成本；第四，安全可靠，從光源特性來看，LED相較于普通白熾燈、熒光管燈，發熱量低、無熱輻射性、冷光源，并且能夠精確控制光型及發光角度，無眩光、不含汞，鈉元素等有害物質，有效減少輻射危害，體現環保安全的特性；第五，環保效果好，LED為全固體發光體、耐沖擊能力強，不易破碎、廢棄物的回收率高，且二氧化硫、氮化物等有害氣體的排放量有限，能夠達到“綠色照明”的目的，提高了照明系統的環保效果。

三、結語

綜上所述，LED在光源技術運用上更加符合節能環保的特點，因此，在控制能耗與減少污染方面與城市建設中可持續發展的主題相契合。基于此，在城市照明工程建設中，LED路燈逐漸成為規劃者的首要選擇。當前在LED路燈應用的過程中，依然還有許多技術制約，影響了節能環保目標的實現。針對此，我們則需要不斷推動技術創新，改進LED的光源技術，為LED燈的管飯運用奠定堅實的技術基礎。

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