LED光源技術(shù)特性與節(jié)能環(huán)保效益研究

王樹彬 高愛 付國杰

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

關(guān)鍵詞：LED光源技術(shù)；特性分析；節(jié)能環(huán)保

1962世界上第一支紅色的發(fā)光二極管（LED）問世，之后在科學(xué)家技術(shù)創(chuàng)新的支持下顏色各異的LED等也相繼出現(xiàn)，直到1998年，白色的發(fā)光二極管終于研制成功，這一技術(shù)的出現(xiàn)為照明系統(tǒng)改革提供了重要工具。相較于傳統(tǒng)的白熾燈，LED燈主要依靠于半導(dǎo)體器件，而根據(jù)電子發(fā)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(qū)動、超低功耗、超高轉(zhuǎn)換率等優(yōu)勢，因此在節(jié)能環(huán)保逐漸成為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展主流的背景下，自然成為照明工程建設(shè)首要選擇。

一、LED光源技術(shù)特性分析

LED可以將電能轉(zhuǎn)化為可變光，其轉(zhuǎn)化效率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的白熾燈與其他節(jié)能燈，因此，在當(dāng)前LED技術(shù)和高效節(jié)能技術(shù)不斷發(fā)展，LED芯片的性價(jià)比逐漸提高的起背景下，LED燈在各個(gè)領(lǐng)域的照明工程建設(shè)中廣受青睞，儼然成為當(dāng)前世界照明系統(tǒng)的主導(dǎo)者。LED之所以能夠在照明方面具備顯著優(yōu)勢，其關(guān)鍵就在于獨(dú)特的光源技術(shù)，具體來講，其光源技術(shù)特性主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（一）發(fā)光原理

LED是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件的晶片主要由于P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體組成，在結(jié)構(gòu)中兩種半導(dǎo)體的質(zhì)量存在明顯差異。P型半導(dǎo)體在LED內(nèi)部的空穴中占據(jù)主導(dǎo)位置；N型半導(dǎo)體的一側(cè)主要由電子構(gòu)成。當(dāng)P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體相連，LED通上電流，LED內(nèi)部的電子就會與空穴復(fù)合，兩個(gè)區(qū)域連接并發(fā)出能量，這樣就完成了將電能轉(zhuǎn)化為可見光的過程。

（二）光學(xué)系統(tǒng)

配光曲線是表示光源在空間各個(gè)方向的光強(qiáng)分布的主要標(biāo)準(zhǔn)。不同類型的LED配光曲線的分布不同，形成的光學(xué)系統(tǒng)自然也存在差異，例如單色光LED的配光曲線發(fā)光強(qiáng)度呈現(xiàn)周圍大中間小的特點(diǎn)，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(xiàn)一個(gè)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?qū)崿F(xiàn)光線的擴(kuò)散?；诖?，設(shè)計(jì)者在應(yīng)用過程中可以根據(jù)曲線的分布以及照明合理進(jìn)行配光設(shè)計(jì)，以適當(dāng)調(diào)整光線的投射角度，擴(kuò)大照明面積與增加照明強(qiáng)度。例如設(shè)計(jì)LED路燈的過程中，設(shè)計(jì)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(tǒng)

LED是冷光源，這就使得其發(fā)光率較低，且大部分光源會轉(zhuǎn)化為熱量，因此如何實(shí)現(xiàn)有效導(dǎo)熱也是LED芯片設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素。根據(jù)LED的光源特性，設(shè)計(jì)者應(yīng)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(shí)合理設(shè)計(jì)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(fù)合材料或進(jìn)行氧化處理，以提高其輻射率，保證散熱性能。

二、LED節(jié)能環(huán)保效益分析

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

第一，光源發(fā)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(dá)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(qū)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?qū)崿F(xiàn)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(jù)日本的數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，如果將LED全部替代當(dāng)前的白熾燈與熒光管，每年可節(jié)約的電量相當(dāng)于60億升原油產(chǎn)生的能量；第三，使用壽命長，采用電子光場輻射發(fā)光是傳統(tǒng)照明工具的主要光源特性，這種發(fā)光系統(tǒng)具有熱沉積、光衰減等劣勢，而LED采用固態(tài)半導(dǎo)體器件，輻射小、熱沉積少、光衰減慢等優(yōu)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(fā)熱量低、無熱輻射性、冷光源，并且能夠精確控制光型及發(fā)光角度，無眩光、不含汞，鈉元素等有害物質(zhì)，有效減少輻射危害，體現(xiàn)環(huán)保安全的特性；第五，環(huán)保效果好，LED為全固體發(fā)光體、耐沖擊能力強(qiáng)，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(dá)到“綠色照明”的目的，提高了照明系統(tǒng)的環(huán)保效果。

三、結(jié)語

綜上所述，LED在光源技術(shù)運(yùn)用上更加符合節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)，因此，在控制能耗與減少污染方面與城市建設(shè)中可持續(xù)發(fā)展的主題相契合。基于此，在城市照明工程建設(shè)中，LED路燈逐漸成為規(guī)劃者的首要選擇。當(dāng)前在LED路燈應(yīng)用的過程中，依然還有許多技術(shù)制約，影響了節(jié)能環(huán)保目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。針對此，我們則需要不斷推動技術(shù)創(chuàng)新，改進(jìn)LED的光源技術(shù)，為LED燈的管飯運(yùn)用奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

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