LED灯真省电吗？

LED灯是我们日常生活中非常常见的一种光源，我们对LED的印象往往都是节能、使用寿命长、亮度高等等，那么LED电灯真的会具有这么多优点吗？它又是为何能够拥有这些特点，下面我将详细介绍LED灯。

首先我们先从LED的原理开始讲起。

LED的全称为Light Emitting Diode，表示发光二极管的意思。发光二极管是一种冷光源，冷光源表示物体发光时，它的温度并不比环境温度高，这种发光叫冷发光，我们把这类光源叫做冷光源。冷光源正因为发光过程中基本不发热，没有热量损失，所以电能转换成光能的效率就高了，也就更节能了。

LED灯主要是由半导体材料制成的，其中最主要的一个部件就是P-N结，它是P型半导体和N型半导体结合形成的。

现在半导体使用的主要基底材料是单晶硅，硅元素位于第三周期第四主族元素，原子核最外层具有四个电子，而硅在该电子层电子数为8个的时候会形成稳定结构，因此单晶体中一个硅原子会与四个硅原子形成四对共价键，下面就是单晶硅的电子结构。

P型半导体是在单晶硅中掺杂Ⅲ（三）族元素，如B(硼)元素，Ⅲ族核外电子数为3，于是掺杂元素与硅元素共用电子，形成核外电子数为7的结构，由于核外电子数为8时为稳定结构，空出的一个位置形成空穴（电子是带负电，空穴表示该处少了一个电子，所以我们可以把一个空穴想象成一个正电子），这种半导体我们称为P型半导体。

N型半导体则与P型半导体相反，N型半导体是多出一个电子，N型半导体是在硅中掺杂Ⅴ（五）族元素，如P(磷)元素，Ⅴ族核外电子数为5，于是掺杂元素与硅元素共用电子，形成核外电子数为9 的结构，当核外电子数为8时为稳定结构，多出的一个电子形成自由电子，于是形成N型半导体。

P型半导体和N型半导体让原来的单晶硅基底材料分别形成了空穴和自由电子两种粒子，我们把这两种粒子称为载流子，这两种载流子可以在硅基中自由移动，所以，通过掺杂将原来导电性较差的单晶硅变成了导电性良好的半导体材料。那么发光二极管是如何通过P型半导体和N型半导体发光的呢？

P型和N型半导体相结合形成P-N结，由于N型半导体存在多余电子，电子浓度较大，于是N型半导体中的电子会流向P极半导体。由于扩散作用导致电荷不平衡形成内建电场。

当外电压与内建电场方向相同时，相当于加入负电压，内建电场继续加强，导致电子难以注入，因此无电流产生，这也是发光二极管具有单向导电性的原因。

当外电压与内建电场方向相反时，可形成电流，也就是加入正向电压，在正向电压情况下 ，电子由N区注入P区，相反空穴由P区注入N区，在这个过程中注入的电子会与空穴复合，复合时会将剩余的能量以电磁波的形式释放出来（光就是一种电磁波），从而实现了将电能直接转换为光能的过程。光的强弱与电流有关，电流越大，发的光越强。由于LED灯发光过程是由于电子与空穴的复合而直接发光，因此，只需要很小的电流即可发光，并且发热量极小，电能转换成光能的转换率很高，这就是LED灯更加节能的原因。

传统的照明电器是白炽灯，白炽灯主要是利用热辐射发射出电磁波，温度越高，辐射的电磁波频率越低，因此想要辐射出人眼可见的电磁波，白炽灯的灯丝温度可以达到两千多度，由于温度极高，大量的电能会转换成热能被耗散掉，因此白炽灯的发光效率只有不到10%，大部分电能转换成热能被白白消耗掉了。

节能灯相比于白炽灯效率会更高，效率是白炽灯的4倍左右。节能灯主要是利用灯丝大约在887℃温度时开始发射电子(因为在灯丝上涂了一些电子粉)，电子碰撞灯管内充入的氩原子，产生非弹性碰撞，氩原子碰撞后获得了能量又撞击汞原子，汞原子在吸收能量后电子跃迁产生电离,发出253.7nm的紫外线，紫外线激发荧光粉发光，由于荧光灯工作时灯丝的温度在887℃左右，比白炽灯工作的温度1927～2427℃低很多，所以它的寿命也大大提高,达到5000h以上，由于它不存在白炽灯那样的电流热效应，荧光粉的能量转换效率也很高,达到每瓦50lm（lm—光强度单位）以上，因此节能灯转换效率相比于白炽灯有很大的提升，但节能灯同样存在对灯丝的加热，因此，同样存在一定的能量损耗。

如果总结一下市面上这三种主流照明光源，从发光效率角度看，LED节能灯大约是白炽灯的8-10倍效率,节能灯效率是白炽灯的4倍左右。换一种解释方式就是：如果发出一样强度的光，LED灯的功率为15W，那么节能灯就需要60W，而白炽灯可能要100W。所以LED灯节能是真实存在的。但LED由于制造技术要求相对较高，因此售价也会更高一些，所以如果是需要长时间使用，LED灯是一种很不错的选择。现在的很多灯管都使用LED灯，并且一些高端汽车使用的照明灯也是LED大灯。