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LED半导体照明技术存在的问题及优化策略分析蔡桃申

发表时间：2021/4/15 来源：《基层建设》2020年第32期作者：蔡桃申

[导读] 摘要：在环境问题日益突出的情况下，关于能源的可持续化利用问题引起了人们的广泛关注，以太阳能、风能等为代表的新能源新得到普及的同时，创新能源利用模式也成为人类社会可持续发展的一个重要研究方向，如LED半导体照明技术。

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        摘要：在环境问题日益突出的情况下，关于能源的可持续化利用问题引起了人们的广泛关注，以太阳能、风能等为代表的新能源新得到普及的同时，创新能源利用模式也成为人类社会可持续发展的一个重要研究方向，如LED半导体照明技术。本文以LED半导体照明技术为研究内容，在阐述LED半导体照明技术的同时，从技术方面对其中存在的问题进行分析，并提出具有可操作性的解决措施，为LED半导体照明技术的发展与应用奠定基础。
        关键词：LED；半导体照明技术；问题；优化
        前言
        随着科学技术的不断进步，以及不同科学技术的相互融合，LED半导体照明技术的出现与推广应用在某种程度上促进了传统照明技术的改革与创新，对提高能源利用率有着积极的影响。LED灯具正通过采用高效、高可靠性的散热技术与材料以及系统散热解决方案和髙效驱动电源技术，实现髙光效、高可靠性、良好散热性能的LED灯具系统；半导体照明应用正朝着智慧照明的方向迈进，通过引入传感器、物联网、云计算、大数据等技术，开发智慧型LED照明应用系统，实现系统集成式照明应用；半导体照明技术新的増长点包括MiniLED、MicroLED、高光效LED等，其特殊照明应用前景极好；半导体照明技术在不同领域的应用，以及与其他不同技术的跨界融合，使得半导体照明有着巨大的发展空间。然而，基于在技术层面存在的相关问题，阻碍了LED半导体照明技术的进一步推广应用。因此，解决LED半导体照明技术中存在的各种问题成为研究人员工作的重点。
        1LED半导体照明技术分析
        相比于传统的白炽灯，LED的功耗低、寿命长、污染小、稳定性高等优点，使得其在照明领域的应用越来越广泛。此外，LED在液晶显示、信号指示、户外屏幕、展示橱窗等方面也取得了广泛应用。但是，由于LED的光源亮度高，光源指向性强，很容易对人眼产生损伤。利用光扩射材料制备的灯罩可使LED发出的强光扩散，将点光源转化为面光源，提高光线均匀性，从而使光线柔和，提升舒适性。评价光扩散材料的光学性能指标主要是透光率和雾度，而想要得到高透光率和高雾度的光扩散材料，其首先要解决的就是制备出具有优异性能光扩散剂。目前的光扩散剂主要有３类：第一类为ＳｉＯ２、ＣａＣＯ３等无机光扩散剂；第二类为聚甲基丙烯酸甲酯（ＰＭＭＡ）微球、聚苯乙烯（ＰＳ）微球及它们的复合微球等；第三类为有机硅微球，由于其性能独特，市场应用最多。
        在人们对半导体材料认识不断深入的情况下，半导体材料所表现出的光电效应引起了研究人员的关注，并利用半导体材料的这一特性，研发出了LED半导体照明设备。所谓LED半导体照明技术，其是利用了半导体材料在通电后载流子复合过程中伴随出现的大量光子发射现象，根据光波的长度不同，LED半导体材料所发出的光可以是不同颜色的。与传统照明设备相比，LED半导体照明设备具备高效、节能、便于维护等优势，这也使得LED半导体照明技术在社会各领域得到了广泛应用。
        2LED半导体照明存在的技术问题分析及对策
        LED半导体照明技术虽然能够在一定程度上提高能源的利用率，对社会的可持续发展有着积极的影响，但是，在实际使用过程中，LED半导体照明技术依然存在着诸多问题，其中主要包括以下几个方面。

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        2.1LED半导体照明技术的电路设计复杂
        考虑到LED半导体照明设备的综合负载情况，为满足人们在不同环境下的照明需求，则需要按照要求选择对应功率的LED，并合理控制LED数量，进而保证LED半导体照明设备的使用安全。然而，由于LED的低功率特性，导致LED半导体照明设备中的电路设计较为复杂，且一旦出现问题，则无法进行快速维修，且更换LED成本较高。以家庭环境中的LED半导体照明设备为例，在对其内部电路进行检查的情况下发现，LED半导体照明设备中的电路主要有三种方式：并联连接、串联连接、混合连接。无论对于哪一种连接方式，其电路设计都比较复杂，尤其是对于混合连接方式来说，尽管，该连接方式能够提高能源利用率，但是，由于串联支路电阻增加，一旦某一串联之路出现故障，将导致电路中的整体电流增加，各串联之路上的电流也相应增加，若LED的耐压效果较差，将导致故障范围持续扩大。针对该问题，为简化半导体照明电路，降低其维修难度，则可以在在电路中增加稳压流设备，当电路中电流出现波动的情况下，稳压设备可以自动完成LED两段电压大小的调节。同时，结合可插拔的模块化设计方式，对故障的LED模块进行更换，从而避免了整体更换LED照明设备导致的维护成本增加。
        2.2大功率LED光源组件的噪音及散热问题
        目前，大功率LED光源组件的应用满足了人们对于高强度照明环境的需求，然而，由于此类光源组件的实际功率偏高，在使用过程中需要通过驱动器以保证其照明效果，因此，这也就不可避免的带来了噪音与散热两个问题。
        （1）噪音问题的出现是因为驱动器内部工作发出的声音，根据LED照明亮度的不同，该驱动器发出的噪音分贝也有着一定的差异。目前，大功率LED光源组件的噪音主要来自于变压器磁芯，如铁氧体变压器磁芯。对于此类噪音，是由于磁致伸缩导致，铁氧体变压器磁芯在发生型变得过程中伴随着物理振动，继而发出对应频率的噪音，随着磁场强度的增加，铁芯振幅也在随之变大，噪音也就越来越大。为解决这一问题，在排除产品质量问题的情况下，则刻意采用清漆浸渍技术来提高线圈的稳定性，从而在保证磁芯效率的情况下，能够最大程度上的减弱其噪音。
        （2）散热是大功率LED光源组件面临的另一重要问题。无论是对于单一LED光源组件还是组合LED光源组件，其对于温度的耐受范围都是有限的，长期处于高温环境下将对LED光源组件的寿命带来严重影响，为此，强化大功率LED光源组件的散热功能就显得尤为重要。以车载LED大灯为例，在驾驶人员启动LED大灯之后，车载自动控制系统会实时监测LED大灯内部环境温度，当温度超过阈值之后，车载自动控制系统会启动散热风扇。在一些高级轿跑中，还安装了自动风冷控制系统，通过控制车辆前端进风口的风道开关为LED大灯提供散热，同时保证车辆的气动性能不受影响。LED半导体照明在使用中的问题并不仅仅局限于以上两个方面，其中还包括LED半导体材料的寿命短、光电转换效率低等诸多亟待解决的问题，这也是未来LED半导体照明技术优化的重要方向。
        3总结
        随着资源短缺问题的日益突出，以及人们在社会可持续发展方面的认识不断提高，加快以LED半导体照明技术为代表的改革创新，对提高能源利用效率，减少能源浪费方面有着积极的影响。目前，LED半导体照明技术在电路设计、材料创新等方面都取得了一定的研究成果，这对于LED半导体照明的大规模推广应用起到了极其重要的影响，LED半导体照明的产业化发展也将成为我国社会经济发展的又一重要推动力量。
        参考文献：
        [1]刘志航.LED半导体照明的核心技术与发展趋势[J].科技资讯，2017，15（32）：75-75.
        [2]刘芳娇，熊新华，王琦，等.基于远程荧光体技术的LED半导体照明光源研究[J].新材料产业，2017（4）：58-61.