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LED光源貢獻(xiàn)者：笑笑我要舉報(bào)

    LED光源就是發(fā)光二極管（LED）為發(fā)光體的光源。發(fā)光二極管發(fā)明于20世紀(jì)60年代，在隨后的數(shù)十年中，其基本用途是作為收錄機(jī)等電子設(shè)備的指示燈。這種燈泡具有效率高、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，可連續(xù)使用10萬(wàn)小時(shí)，比普通白熾燈泡長(zhǎng)100倍。科學(xué)家預(yù)測(cè)，在未來(lái)5年，這種燈泡很可能成為下一代照明的主流產(chǎn) 品。
    發(fā)光二極管（LED）燈泡無(wú)論在結(jié)構(gòu)上還是在發(fā)光原理上，都與傳統(tǒng)的白熾燈有著本質(zhì)的不同。發(fā)光二極管是由數(shù)層很薄的攙雜半導(dǎo)體材料制成，一層帶過(guò)量的電子，另一層因缺乏電子而形成帶正電的“空穴”，當(dāng)有電流通過(guò)時(shí)，電子和空穴相互結(jié)合并釋放出能量，從而輻射出光芒。長(zhǎng)期以來(lái)，人們之所以沒(méi)有將發(fā)光二極管用于照明，主要是因?yàn)榘l(fā)光二極管通常只能發(fā)出紅色光或黃色光，要想獲得白色光，還必須制造出能發(fā)出藍(lán)光的發(fā)光二極管。這樣，紅、黃、藍(lán)三種光“混合”后，就產(chǎn)生出白光。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種新型半導(dǎo)體材料―――氮化鎵，它在經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理后就能發(fā)出藍(lán)光。發(fā)藍(lán)光的問(wèn)題解決后，發(fā)白光的問(wèn)題就有了希望。英國(guó)劍橋大學(xué)材料系的柯林.翰弗萊斯稱，他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中已研制出可發(fā)白光的發(fā)光二極管燈泡，這種燈泡發(fā)出的光線與陽(yáng)光十分接近，具有良好的應(yīng)用前景。他說(shuō)，發(fā)光二極管燈泡以半導(dǎo)體為材料，因此，這種發(fā)光裝置可以做的很小，只有幾毫米，將其安裝在墻壁或天花板上，如果不開(kāi)燈，幾乎察覺(jué)不到它們的存在，這樣就免去了普通白熾燈需配上燈罩以防光線刺眼睛的麻煩。另外，這種燈泡的壽命很長(zhǎng)，安上后幾乎不用更換，今后人們也許會(huì)忘記換燈泡是怎么一回事。目前，他正在呼吁英國(guó)政府增加投入，以保證英國(guó)能在這一技術(shù)領(lǐng)域走在前列。
    除經(jīng)久耐用外，這種燈泡在節(jié)能方面也有很大潛力。
    要了解二極管的發(fā)光原理，首先要了解半導(dǎo)體的基本知識(shí)。半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性質(zhì)介于導(dǎo)體和絕緣體材料之間，它的獨(dú)特之處在于：當(dāng)半導(dǎo)體受到外界光和熱條件的刺激時(shí)，它的導(dǎo)電能力會(huì)發(fā)生顯著的變化；在純凈的半導(dǎo)體中加入微量的雜質(zhì)，其導(dǎo)電能力也會(huì)顯著的增加。在近代電子學(xué)中用得最多的半導(dǎo)體就是硅（Si）和鍺（Ge），它們的最外層電子都是4個(gè)，在硅或者鍺原子組成晶體時(shí)相鄰的原子相互影響，使外側(cè)電子變成兩個(gè)原子共有的，這就形成了晶體中的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)，這是一種約束能力很小的分子結(jié)構(gòu)。在室溫（300K）情況下，由于受到熱激發(fā)就會(huì)使一些最外層電子獲得足夠的能量而脫離共價(jià)鍵束縛變成自由電子，這個(gè)過(guò)程叫做本征激發(fā)。在電子擺脫束縛成為自由電子后，共價(jià)鍵中會(huì)留下一個(gè)空位，這個(gè)空位稱為空穴，空穴的出現(xiàn)是半導(dǎo)體區(qū)別于導(dǎo)體的一個(gè)重要特征。
    由于共價(jià)鍵出現(xiàn)了空穴，在外加電場(chǎng)或者其他的能源作用下，鄰近的價(jià)電子就會(huì)填補(bǔ)這個(gè)空穴，而這個(gè)電子的原來(lái)位置上又形成新的空穴，以后其他電子再轉(zhuǎn)移到這個(gè)新的空穴上。這樣就產(chǎn)生了一定的電荷轉(zhuǎn)移我們可以用以下公式對(duì)本征半導(dǎo)體中的自由電子的濃度進(jìn)行計(jì)算：
　　ni（T）=AT3/2e－EG/2kT式中，
　　EG——電子掙脫共價(jià)鍵束縛所需要的能量，單位是eV（電子伏），又被稱為禁帶寬度；
　　T——溫度；
　　A——系數(shù)；
　　k——波耳茲曼常數(shù)（1．38×10－23J/K）；
　　e——自然對(duì)數(shù)的底。
　　由于在本征半導(dǎo)體中自由電子和空穴是成對(duì)出現(xiàn)的，所以這個(gè)計(jì)算公式也可以用來(lái)表示空穴的濃度。在半導(dǎo)體中自由電子（或空穴）的濃度越高，導(dǎo)電能力越強(qiáng)，在常溫附近，溫度每升高8℃，硅的自由電子濃度增加1倍；溫度每升高12℃，鍺的自由電子濃度升高1倍。
　　在本征半導(dǎo)體中加入少量的五價(jià)元素雜質(zhì)如磷等，它在與其他半導(dǎo)體原子結(jié)成共價(jià)鍵以后會(huì)有一個(gè)多余的電子，這個(gè)多余的電子只需要非常小的能量就能擺脫束縛成為自由電子，這類雜質(zhì)半導(dǎo)體被稱為電子半導(dǎo)體（N型半導(dǎo)體）。而在本征半導(dǎo)體中加入少量的三價(jià)元素雜質(zhì)（如硼等），因?yàn)樗鈱又挥腥齻€(gè)電子，在與周圍的半導(dǎo)體原子組成共價(jià)鍵以后會(huì)在晶體中產(chǎn)生一個(gè)空位，這類雜質(zhì)半導(dǎo)體被稱為空穴半導(dǎo)體（P型半導(dǎo)體）。在N型和P型半導(dǎo)體結(jié)合后，在它們的交界處就會(huì)出現(xiàn)自由電子和空穴的濃度差別，于是電子和空穴都要向濃度低的地方擴(kuò)散，留下了一些帶電卻不能移動(dòng)的離子，從而破壞了N區(qū)和P區(qū)原來(lái)的電中性。這些不能移動(dòng)的帶電粒子通常被稱為空間電荷，它們集中在N區(qū)和P區(qū)交界面附近形成了一個(gè)很薄的空間電荷區(qū)，這就是我們所說(shuō)的PN結(jié)。
　　在PN結(jié)的兩端加上正向偏置電壓（P型的一邊加正電壓）后，空穴和自由電子就會(huì)相互移動(dòng)，形成一個(gè)內(nèi)電場(chǎng)。隨后新注入的空穴和自由電子再重新復(fù)合，復(fù)合的同時(shí)有時(shí)會(huì)以光子的形式釋放多余能量，這就是我們所見(jiàn)到的LED發(fā)出的光。這樣的光譜范圍是比較窄的，由于每種材料的禁帶寬度不相同，所以釋放出的光子波長(zhǎng)也不同，所以LED發(fā)光的顏色由所使用的基本材料決定.

白光LED光源種類：
1、二基色熒光粉轉(zhuǎn)換白光LED光源
　　二基色白光LED是利用藍(lán)光LED芯片和YAG熒光粉制成的。一般使用的藍(lán)光芯片是InGaN芯片，另外也可以使用A1InGaN芯片。藍(lán)光芯片LED配YAG熒光粉方法的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，制作工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，而且YAG熒光粉在熒光燈中應(yīng)用了許多年，工藝比較成熟。其缺點(diǎn)是，藍(lán)光LED效率不夠高，到使LED效率較低；熒光粉自身存在能量損耗；熒光粉與封裝材料隨著時(shí)間老化，導(dǎo)致色溫漂移和壽命縮短等。
2、三基色熒光粉轉(zhuǎn)換白光LED光源
　　在較高效率前提下有效提升LED的顯色性。得到三基色白光LED的最常用辦法是，利用紫外光LED激發(fā)一組可被輻射有效的三基色熒光粉。這種類型的白光LED具有高顯色性，光色和色溫可調(diào)，使用高轉(zhuǎn)換效率的熒光粉可以提高LED的光效。不過(guò)，紫外LED+三基色熒光粉的方法還存在一定的缺陷，比如熒光粉在轉(zhuǎn)換紫外輻射時(shí)效率較低;粉體混合較為困難；封裝材料在紫外光照射下容易老化，壽命較短等。
3、多芯片白光LED光源
　　將紅、綠、藍(lán)三色LED芯片封裝在一起，將它們發(fā)出的光混合在一起，也可以得到白光。這種類型的白光LED光源，稱為多芯片白光LED光源。與熒光粉轉(zhuǎn)換白光LED相比，這種類型LED的好處是避免了熒光粉在光轉(zhuǎn)換過(guò)程中的能量損耗，可以得到較高的光效；而且可以分開(kāi)控制不同光色LED的光強(qiáng)，達(dá)到全彩變色效果，并可通過(guò)LED的波長(zhǎng)和強(qiáng)度的選擇得到較好的顯色性。此方法弊端在于，不同光色的LED芯片的半導(dǎo)體材質(zhì)相差很大，量子效率不同，光色隨驅(qū)動(dòng)電流和溫度變化不一致，隨時(shí)間的衰減速度也不同。為了保持顏色的穩(wěn)定性，需要對(duì)3種顏色的LED分別加反饋電路進(jìn)行補(bǔ)償和調(diào)節(jié)，這就使得電路過(guò)于復(fù)雜。另外，散熱也是困擾多芯片白光LED光源的主要問(wèn)題。

LED光源優(yōu)點(diǎn)：
1、節(jié)能環(huán)保
LED的發(fā)光原理與白熾燈和氣體放電燈的發(fā)光原理都不同，LED光源的能量轉(zhuǎn)化效率非常高，理論上可以達(dá)到白熾燈10%的能耗，LED相比熒光燈也可以達(dá)到50%的節(jié)能效果。節(jié)能效果顯著，這對(duì)能源十分緊張的中國(guó)來(lái)說(shuō)，無(wú)疑具有十分重要的意義。LED還可以與太陽(yáng)能電池結(jié)合起來(lái)應(yīng)用，節(jié)能又環(huán)保。其本身不含有毒有害物質(zhì)（如：汞），避免了熒光燈管破裂溢出汞的二次污染，同時(shí)又沒(méi)有干擾輻射。
2、壽命長(zhǎng)
　　正常情況下使用LED，其光衰可以減到70%的標(biāo)稱壽命是10萬(wàn)小時(shí)，減少了更換頻率和其他維護(hù)工作。
3、光色純正
　　由于典型的LED的光譜范圍都比較窄，不像白熾燈那樣擁有全光譜。因此，LED可以隨意進(jìn)行多樣化的搭配組合，特別適用于裝飾等方面。
4、防潮、抗震動(dòng)
　　由于LED的外部多采用環(huán)氧樹(shù)脂來(lái)保護(hù)，所以密封性能和抗沖擊的性能都很好，不容易損壞。它可以應(yīng)用于水下照明。
　　還有其他優(yōu)點(diǎn)如：低熱量、小型化、響應(yīng)時(shí)間短等，這些都使LED光源具有很大的優(yōu)勢(shì)，為應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)生活中創(chuàng)造了有利條件。

特性：
1、高效節(jié)能　一千小時(shí)僅耗幾度電（普通60W白熾燈十七小時(shí)耗1度電，普通10W節(jié)能燈一百小時(shí)耗1度電)；
2、超長(zhǎng)壽命　半導(dǎo)體芯片發(fā)光，無(wú)燈絲，無(wú)玻璃泡，不怕震動(dòng)，不易破碎，使用壽命可達(dá)五萬(wàn)小時(shí)（普通白熾燈使用壽命僅有一千小時(shí)，普通節(jié)能燈使用壽命也只有八千小時(shí)）；
3、光線健康光線中不含紫外線和紅外線，不產(chǎn)生輻射（普通燈光線中含有紫外線和紅外線）；
4、綠色環(huán)保　不含汞和氙等有害元素，利于回收和，而且不會(huì)產(chǎn)生電磁干擾（普通燈管中含有汞和鉛等元素，節(jié)能燈中的電子鎮(zhèn)流器會(huì)產(chǎn)生電磁干擾）；
5、保護(hù)視力　直流驅(qū)動(dòng)，無(wú)頻閃（普通燈都是交流驅(qū)動(dòng)，就必然產(chǎn)生頻閃）；
6、光效率高　發(fā)熱小，90%的電能轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光（普通白熾燈80%的電能轉(zhuǎn)化為熱能，僅有20%電能轉(zhuǎn)化為光能）；
7、安全系數(shù)高　所需電壓、電流較小，發(fā)熱較小，不產(chǎn)生安全隱患，于礦場(chǎng)等危險(xiǎn)場(chǎng)所；
8、市場(chǎng)潛力大　低壓、直流供電，電池、太陽(yáng)能供電，于邊遠(yuǎn)山區(qū)及野外照明等缺電、少電場(chǎng)所。

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