摘要：进入21世纪，随着煤、石油等传统不可再生能源的日益枯竭，新型可再生能源太阳能、风能等大规模应用尚不能实现，环境问题日益突出，如何有效提高能源利用率成为暂时缓解能源紧张局面的有效途径之一。随着科学技术的进步，照明技术也日益提高，本文主要对比LED灯的原理及关键技术进行介绍，对对LED存在技术问题提出的解决方案进行研究，并预测未来照明的发展前景。
关键词：LED灯；自主管理；应用性能
引言
LED灯作为继白炽灯、荧光灯、高强度气体放电灯之后的第四代灯具设备，目前已经在多个行业领域广泛应用。LED技术有效攻克了传统灯具设备能耗高、使用寿命短等问题。LED技术具备较大的产业价值与发展潜力，值得深入研究和推广。
1LED灯概述
LED灯源于20世纪60年代二极管的研发，而LED的工作原理与激光的工作原理相似，原子核的周围有大量电子在绕核高速运动，电子可以分为许多不同的能级，当原子吸收能量，处于基态的电子会向高能级跃迁，此时原子由基态转化为激发态，处于激发态的原子不稳定，在向基态跃迁的时候会以光子的形式释放能量。与激光利用原子内部电子跃迁发光的不同，LED灯灯头内部的半导体晶片由N型和P型两个半导体，由P-N结形成一系列的能级，当电流通过半导体的晶片时，N区的电子被推向P区，与空穴复合后以光子的形式释放能量，从而达到发光的目的。P-N结的材料不同，其发光颜色可以改变。LED灯能将大部分电能转化为光能，故能耗较低。
2LED照明发展的关键技术
2.1散热技术的应用
良好的LED灯具应当具有较长的使用寿命。然而，就当今的市场调研结果来看，由于LED灯具生产厂家良莠不齐，因此其使用寿命也长短各异。如何有效提升LED灯具的使用效率，关键在于散热技术。LED器件应当具备低热阻的特点，同时还能够将PN结降低至环境热阻，方可有效提升灯具的升温效果，进而提升其使用寿命。同时，影响灯具散热效果的其他因素还包括材料本身的厚度、性质以及焊接方式等，这些因素在LED灯具生产环节应当被纳入考量。
2.2自然能源的照明系统
自然能源的照明系统是以太阳能和风能为主要能源，借助螺旋式风轮叶片带动风电控制器，实现机械能向电能的转化，进而将电能储存于蓄电池以及充电控制器中，最后应用于LED灯具照明。这种照明系统具有良好的发展前景与较大的发展优势。由于太阳能、风能是清洁的一次能源，因此将其作为发电的动力不仅可以避免资源消耗，而且符合绿色、低碳、可持续的发展理念。与街灯和路灯相比，自然能源的LED照明系统无需电网供电以及诸多电路设施，因此具备操作便捷、组装方便的特点。除此之外，由于采取蓄电池对电能进行存储，因此在光能不足（阴天雨天）的情况下，蓄电池储存的电能仍旧能够供应5天内夜间7-14小时的照明效果。
2.3光学设计方向
为保证LED灯具能够达到最佳配光曲线，生产研发部门应当对其特点加以研究。由于LED是一种电光源，因此应当采取点阵和二次光学设计的方式，将线性LED灯条与具备较高通过率的灯罩相结合，从而有效提升出光效果。而针对某些需要增强光强的区域，则应当通过安装聚光透镜实现。在此基础上，灯具的色彩也是影响光学设计和照明效果的关键因素。
3对LED存在技术问题提出的解决方案
3.1LED灯过流保护问题
LED正常工作电流在15mA到20mA之间。一般LED照明灯具配置集成电路电源、电子变压器等，大电流驱动时需配置大功率管或可控硅器件、保护电路，这样的电源电路复杂、故障率高，成本也大大增加，不利于LED的市场化。
而WHPTC自复位保险丝是由经过处理的聚合树脂和分布在里面的导电粒子组成，在正常操作下聚合树脂紧密地将导电粒子束缚在结晶状的结构外，构成链状导电通路，此时为低电阻态；当电流较大时，热效应使聚合树脂融化，体积迅速增长，形成高电阻态，对电流进行限制，干扰过后会自动复位，仍能正常工作。故使用WHPTC过流保护器作保护可省去恒流恒压电路，成本大大降低。WHPTC可设计性好，可通过改变自身的开关温度来调节其对温度的敏感程度，而且可同时起到过温保护和过流保护双重作用。
3.2LED驱动电路的热敏电阻
目前通过驱动IC来控制LED的驱动电流，采用内部或外部的温度传感器来感知温度进行反馈控制。PTC是指在某一温度下电阻急剧增加、具有正温度系数的热敏电阻现象的材料，可专门用作恒定温度传感器．利用PTC热敏电阻来控制是一种比较简单的方法。而且价格低廉，可降低灯的制造成本。
4灯泡目前市场上的使用占有率和未来的使用前景
4.1自动化，规模化，标准化
这一趋势主要有3个特点。1）自动点焊机、组装机、装头机、老化包装机逐步成熟。2）规模化、集中化、寡头化趋势明显。全球最大的灯丝制造商木林森目前月产量在1000~2000万支，投资12.87亿在义乌新建生产基地二期、三期均在快速扩张，处于第二梯队的阳光、佛照、OPPEL、KLITE、GMY等也均在扩产，LEEDARSON、YANKON也是纷纷抢滩灯丝灯市场，均抢到Home Depot、Kingfisher、Horn bach等国际巨头订单，拓展其产能和业务。3）功率朝大功率、高流明的方向发展，进一步拓展到其它照明领域。
4.2价格下降趋势明显
首先，灯丝基板目前国外主要以陶瓷为主流，玻璃基板和蓝宝石为辅。蓝宝石光效高、良品率低且价格一直坚挺。陶瓷基板刚度比较好，具有一定的热传导性，良品率高，性价比好。玻璃基板价格低、硬度不够、易碎、散热差，多用于低端市场。金属基板良品率高、不透光、光效不高、易开裂、有色差，主要用于低端市场。而石墨稀工艺还处于摸索阶段。其次，LED封装技术逐步成熟，倒装工艺芯片面积小、散热好，已在柔性灯丝灯中得到广泛应用。最后，LED灯丝灯的价格逐步接近LEDA60球泡灯的价格，同时灯丝应用范围也向各领域拓展。
4.3差异化
异形化主要包括3个方面的内容。1）规避直丝灯专利壁垒，出现各种异形灯、陶瓷弧形灯、石墨稀弧形、柔性灯丝灯，新应用不断地拓展。2）大功率传统光源替换，异形灯、特殊应用场景光源的取代。3）智能APP应用、人工智能AI、物联网等。
结束语
LED灯的出现对于照明技术革命意义重大，相对于白炽灯、节能灯而言，LED灯不仅能耗大大降低，而且对环境的污染小，而且报废灯泡的可回收再利用价值高。LED灯具有绿色、节能、可回收等优势，目前LED市场化的遇到的主要是价格相对较高，存在的主要技术问题如大功率的灯头散热、电源驱动的维护等。随着科学技术的发展，这些技术难题正在被逐一解决，也在一定程度上说明LED灯使用性能还有较大的提升空间。因此，我们有理由相信LED灯在未来必将主导照明领域，成为照明领域的主流产品。
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