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LED光源貢獻者：笑笑我要舉報

    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等電子設(shè)備的指示燈。這種燈泡具有效率高、壽命長的特點，可連續(xù)使用10萬小時，比普通白熾燈泡長100倍?？茖W(xué)家預(yù)測，在未來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)有電流通過時，電子和空穴相互結(jié)合并釋放出能量，從而輻射出光芒。長期以來，人們之所以沒有將發(fā)光二極管用于照明，主要是因為發(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)出藍光的發(fā)光二極管。這樣，紅、黃、藍三種光“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)過適當(dāng)處理后就能發(fā)出藍光。發(fā)藍光的問題解決后，發(fā)白光的問題就有了希望。英國劍橋大學(xué)材料系的柯林.翰弗萊斯稱，他們在實驗中已研制出可發(fā)白光的發(fā)光二極管燈泡，這種燈泡發(fā)出的光線與陽光十分接近，具有良好的應(yīng)用前景。他說，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，如果不開燈，幾乎察覺不到它們的存在，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，安上后幾乎不用更換，今后人們也許會忘記換燈泡是怎么一回事。目前，他正在呼吁英國政府增加投入，以保證英國能在這一技術(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。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，它的獨特之處在于：當(dāng)半導(dǎo)體受到外界光和熱條件的刺激時，它的導(dǎo)電能力會發(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，在硅或者鍺原子組成晶體時相鄰的原子相互影響，使外側(cè)電子變成兩個原子共有的，這就形成了晶體中的共價鍵結(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)就會使一些最外層電子獲得足夠的能量而脫離共價鍵束縛變成自由電子，這個過程叫做本征激發(fā)。在電子擺脫束縛成為自由電子后，共價鍵中會留下一個空位，這個空位稱為空穴，空穴的出現(xiàn)是半導(dǎo)體區(qū)別于導(dǎo)體的一個重要特征。
    由于共價鍵出現(xiàn)了空穴，在外加電場或者其他的能源作用下，鄰近的價電子就會填補這個空穴，而這個電子的原來位置上又形成新的空穴，以后其他電子再轉(zhuǎn)移到這個新的空穴上。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本征半導(dǎo)體中的自由電子的濃度進行計算：
　　ni（T）=AT3/2e－EG/2kT式中，
　　EG——電子掙脫共價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——自然對數(shù)的底。
　　由于在本征半導(dǎo)體中自由電子和空穴是成對出現(xiàn)的，所以這個計算公式也可以用來表示空穴的濃度。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，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元素雜質(zhì)如磷等，它在與其他半導(dǎo)體原子結(jié)成共價鍵以后會有一個多余的電子，這個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元素雜質(zhì)（如硼等），因為它外層只有三個電子，在與周圍的半導(dǎo)體原子組成共價鍵以后會在晶體中產(chǎn)生一個空位，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散，留下了一些帶電卻不能移動的離子，從而破壞了N區(qū)和P區(qū)原來的電中性。這些不能移動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很薄的空間電荷區(qū)，這就是我們所說的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相互移動，形成一個內(nèi)電場。隨后新注入的空穴和自由電子再重新復(fù)合，復(fù)合的同時有時會以光子的形式釋放多余能量，這就是我們所見到的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是利用藍光LED芯片和YAG熒光粉制成的。一般使用的藍光芯片是InGaN芯片，另外也可以使用A1InGaN芯片。藍光芯片LED配YAG熒光粉方法的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，制作工藝相對簡單，而且YAG熒光粉在熒光燈中應(yīng)用了許多年，工藝比較成熟。其缺點是，藍光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，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)換過程中的能量損耗，可以得到較高的光效；而且可以分開控制不同光色LED的光強，達到全彩變色效果，并可通過LED的波長和強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)動電流和溫度變化不一致，隨時間的衰減速度也不同。為了保持顏色的穩(wěn)定性，需要對3種顏色的LED分別加反饋電路進行補償和調(diào)節(jié)，這就使得電路過于復(fù)雜。另外，散熱也是困擾多芯片白光LED光源的主要問題。

LED光源優(yōu)點：
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，理論上可以達到白熾燈10%的能耗，LED相比熒光燈也可以達到50%的節(jié)能效果。節(jié)能效果顯著，這對能源十分緊張的中國來說，無疑具有十分重要的意義。LED還可以與太陽能電池結(jié)合起來應(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，同時又沒有干擾輻射。
2、壽命長
　　正常情況下使用LED，其光衰可以減到70%的標(biāo)稱壽命是10萬小時，減少了更換頻率和其他維護工作。
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
　　由于LED的外部多采用環(huán)氧樹脂來保護，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)點如：低熱量、小型化、響應(yīng)時間短等，這些都使LED光源具有很大的優(yōu)勢，為應(yīng)用于實際生產(chǎn)生活中創(chuàng)造了有利條件。

特性：
1、高效節(jié)能　一千小時僅耗幾度電（普通60W白熾燈十七小時耗1度電，普通10W節(jié)能燈一百小時耗1度電)；
2、超長壽命　半導(dǎo)體芯片發(fā)光，無燈絲，無玻璃泡，不怕震動，不易破碎，使用壽命可達五萬小時（普通白熾燈使用壽命僅有一千小時，普通節(jié)能燈使用壽命也只有八千小時）；
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)流器會產(chǎn)生電磁干擾）；
5、保護視力　直流驅(qū)動，無頻閃（普通燈都是交流驅(qū)動，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，于礦場等危險場所；
8、市場潛力大　低壓、直流供電，電池、太陽能供電，于邊遠(yuǎn)山區(qū)及野外照明等缺電、少電場所。

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