LED燈真省電嗎？

LED燈是我們日常生活中非常常見的一種光源，我們對LED的印象往往都是節能、使用壽命長、亮度高等等，那麼LED電燈真的會具有這麼多優點嗎？它又是為何能夠擁有這些特點，下面我將詳細介紹LED燈。

首先我們先從LED的原理開始講起。

LED的全稱為Light Emitting Diode，表示發光二極體的意思。發光二極體是一種冷光源，冷光源表示物體發光時，它的溫度並不比環境溫度高，這種發光叫冷發光，我們把這類光源叫做冷光源。冷光源正因為發光過程中基本不發熱，沒有熱量損失，所以電能轉換成光能的效率就高了，也就更節能了。

LED燈主要是由半導體材料製成的，其中最主要的一個部件就是P-N結，它是P型半導體和N型半導體結合形成的。

現在半導體使用的主要基底材料是單晶矽，矽元素位於第三週期第四主族元素，原子核最外層具有四個電子，而矽在該電子層電子數為8個的時候會形成穩定結構，因此單晶體中一個矽原子會與四個矽原子形成四對共價鍵，下面就是單晶矽的電子結構。

P型半導體是在單晶矽中摻雜Ⅲ（三）族元素，如B(硼)元素，Ⅲ族核外電子數為3，於是摻雜元素與矽元素共用電子，形成核外電子數為7的結構，由於核外電子數為8時為穩定結構，空出的一個位置形成空穴（電子是帶負電，空穴表示該處少了一個電子，所以我們可以把一個空穴想象成一個正電子），這種半導體我們稱為P型半導體。

N型半導體則與P型半導體相反，N型半導體是多出一個電子，N型半導體是在矽中摻雜Ⅴ（五）族元素，如P(磷)元素，Ⅴ族核外電子數為5，於是摻雜元素與矽元素共用電子，形成核外電子數為9 的結構，當核外電子數為8時為穩定結構，多出的一個電子形成自由電子，於是形成N型半導體。

P型半導體和N型半導體讓原來的單晶矽基底材料分別形成了空穴和自由電子兩種粒子，我們把這兩種粒子稱為載流子，這兩種載流子可以在矽基中自由移動，所以，透過摻雜將原來導電性較差的單晶矽變成了導電性良好的半導體材料。那麼發光二極體是如何透過P型半導體和N型半導體發光的呢？

P型和N型半導體相結合形成P-N結，由於N型半導體存在多餘電子，電子濃度較大，於是N型半導體中的電子會流向P極半導體。由於擴散作用導致電荷不平衡形成內建電場。

當外電壓與內建電場方向相同時，相當於加入負電壓，內建電場繼續加強，導致電子難以注入，因此無電流產生，這也是發光二極體具有單向導電性的原因。

當外電壓與內建電場方向相反時，可形成電流，也就是加入正向電壓，在正向電壓情況下 ，電子由N區注入P區，相反空穴由P區注入N區，在這個過程中注入的電子會與空穴複合，複合時會將剩餘的能量以電磁波的形式釋放出來（光就是一種電磁波），從而實現了將電能直接轉換為光能的過程。光的強弱與電流有關，電流越大，發的光越強。由於LED燈發光過程是由於電子與空穴的複合而直接發光，因此，只需要很小的電流即可發光，並且發熱量極小，電能轉換成光能的轉換率很高，這就是LED燈更加節能的原因。

傳統的照明電器是白熾燈，白熾燈主要是利用熱輻射發射出電磁波，溫度越高，輻射的電磁波頻率越低，因此想要輻射出人眼可見的電磁波，白熾燈的燈絲溫度可以達到兩千多度，由於溫度極高，大量的電能會轉換成熱能被耗散掉，因此白熾燈的發光效率只有不到10%，大部分電能轉換成熱能被白白消耗掉了。

節能燈相比於白熾燈效率會更高，效率是白熾燈的4倍左右。節能燈主要是利用燈絲大約在887℃溫度時開始發射電子(因為在燈絲上塗了一些電子粉)，電子碰撞燈管內充入的氬原子，產生非彈性碰撞，氬原子碰撞後獲得了能量又撞擊汞原子，汞原子在吸收能量後電子躍遷產生電離,發出253.7nm的紫外線，紫外線激發熒光粉發光，由於熒光燈工作時燈絲的溫度在887℃左右，比白熾燈工作的溫度1927～2427℃低很多，所以它的壽命也大大提高,達到5000h以上，由於它不存在白熾燈那樣的電流熱效應，熒光粉的能量轉換效率也很高,達到每瓦50lm（lm—光強度單位）以上，因此節能燈轉換效率相比於白熾燈有很大的提升，但節能燈同樣存在對燈絲的加熱，因此，同樣存在一定的能量損耗。

如果總結一下市面上這三種主流照明光源，從發光效率角度看，LED節能燈大約是白熾燈的8-10倍效率,節能燈效率是白熾燈的4倍左右。換一種解釋方式就是：如果發出一樣強度的光，LED燈的功率為15W，那麼節能燈就需要60W，而白熾燈可能要100W。所以LED燈節能是真實存在的。但LED由於製造技術要求相對較高，因此售價也會更高一些，所以如果是需要長時間使用，LED燈是一種很不錯的選擇。現在的很多燈管都使用LED燈，並且一些高階汽車使用的照明燈也是LED大燈。