LED光源技术特性与节能环保效益研究

王树彬 高爱 付国杰

摘 要：随着节能环保理念的深入人心，LED灯在社会生活中逐渐取代传统的白炽灯，成为照明的首要选择。相较于传统的照明设备，LED在光源技术方面具有一定的特性，并且具备低耗能、低污染、高效率等优势。基于此，本文结合LED灯对LED光源技术特性进行简要分析，并探究其节能环保效益，以期对LED的推广与运用提供建议。

关键词：LED光源技术；特性分析；节能环保

1962世界上第一支红色的发光二极管（LED）问世，之后在科学家技术创新的支持下颜色各异的LED等也相继出现，直到1998年，白色的发光二极管终于研制成功，这一技术的出现为照明系统改革提供了重要工具。相较于传统的白炽灯，LED灯主要依靠于半导体器件，而根据电子发光原理，这一照明工具具有冷光源、眩光小、无辐射、电压低、直流驱动、超低功耗、超高转换率等优势，因此在节能环保逐渐成为社会经济发展主流的背景下，自然成为照明工程建设首要选择。

一、LED光源技术特性分析

LED可以将电能转化为可变光，其转化效率远高于传统的白炽灯与其他节能灯，因此，在当前LED技术和高效节能技术不断发展，LED芯片的性价比逐渐提高的起背景下，LED灯在各个领域的照明工程建设中广受青睐，俨然成为当前世界照明系统的主导者。LED之所以能够在照明方面具备显著优势，其关键就在于独特的光源技术，具体来讲，其光源技术特性主要体现在以下几个方面：

（一）发光原理

LED是一种固态的半导体器件，该半导体器件的晶片主要由于P型半导体和N型半导体组成，在结构中两种半导体的质量存在明显差异。P型半导体在LED内部的空穴中占据主导位置；N型半导体的一侧主要由电子构成。当P型半导体与N型半导体相连，LED通上电流，LED内部的电子就会与空穴复合，两个区域连接并发出能量，这样就完成了将电能转化为可见光的过程。

（二）光学系统

配光曲线是表示光源在空间各个方向的光强分布的主要标准。不同类型的LED配光曲线的分布不同，形成的光学系统自然也存在差异，例如单色光LED的配光曲线发光强度呈现周围大中间小的特点，如果将一张白纸放在灯下则能够明显看到中间为一块暗斑，周围是呈现一个光圈的形象，这主要由于单色光LED的芯片截面积在0.11-0.125mm之间，相对灯罩形成的透镜，其视场角依然很大，因此也就能够实现光线的扩散。基于此，设计者在应用过程中可以根据曲线的分布以及照明合理进行配光设计，以适当调整光线的投射角度，扩大照明面积与增加照明强度。例如设计LED路灯的过程中，设计者可以采用镀铝膜反光镜改变投射角度，提高光源的利用率，保证路灯维持在合适的照度以及均匀的分布。

（三）散热系统

LED是冷光源，这就使得其发光率较低，且大部分光源会转化为热量，因此如何实现有效导热也是LED芯片设计的关键因素。根据LED的光源特性，设计者应注意对散热片的合理选择以及与LED灯的匹配程度。例如重视翘片的作用，保证散热器表面光滑平整，同时合理设计翘片与基体间距，最大限度保证散热面积，提高散热性能；最好表面处理，即在翘片表面涂上复合材料或进行氧化处理，以提高其辐射率，保证散热性能。

二、LED节能环保效益分析

随着节能环保理念逐渐深入人心，LED基于自身在节能环保方面的优势逐渐受到人们的认可。从居家生活到城市规划，我们到处都能够看到LED灯的身影。相较于传统的白炽灯、荧光管灯照明工具，其节能环保效益主要体现在以下几点：

第一，光源发光效率高，普通的白炽灯光效在10-15流明/瓦、荧光灯50-90流明/瓦，而LED的光效可达到50-200流明/瓦，且光谱窄，无需过滤，能够直接形成有色可见光；第二，耗电量小，LED采用直流驱动，单管功率为0.03-0.06瓦，电压1.5-3.5伏，电流15-18毫安，且通电后反映速度快，能够实现高频操作，在同等条件下，这一耗电量是普通白炽灯的万分之一，荧光管的二分之一，根据日本的数据调查显示，如果将LED全部替代当前的白炽灯与荧光管，每年可节约的电量相当于60亿升原油产生的能量；第三，使用寿命长，采用电子光场辐射发光是传统照明工具的主要光源特性，这种发光系统具有热沉积、光衰减等劣势，而LED采用固态半导体器件，辐射小、热沉积少、光衰减慢等优势，因此使用寿命较长，也有效控制了了维修、更换的成本；第四，安全可靠，从光源特性来看，LED相较于普通白炽灯、荧光管灯，发热量低、无热辐射性、冷光源，并且能够精确控制光型及发光角度，无眩光、不含汞，钠元素等有害物质，有效减少辐射危害，体现环保安全的特性；第五，环保效果好，LED为全固体发光体、耐冲击能力强，不易破碎、废弃物的回收率高，且二氧化硫、氮化物等有害气体的排放量有限，能够达到“绿色照明”的目的，提高了照明系统的环保效果。

三、结语

综上所述，LED在光源技术运用上更加符合节能环保的特点，因此，在控制能耗与减少污染方面与城市建设中可持续发展的主题相契合。基于此，在城市照明工程建设中，LED路灯逐渐成为规划者的首要选择。当前在LED路灯应用的过程中，依然還有许多技术制约，影响了节能环保目标的实现。针对此，我们则需要不断推动技术创新，改进LED的光源技术，为LED灯的管饭运用奠定坚实的技术基础。

参考文献：

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