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LED光源貢獻者：笑笑我要舉報

    LED光源就是發光二極管（LED）為發光體的光源。發光二極管發明于20世紀60年代，在隨后的數十年中，其基本用途是作為收錄機等電子設備的指示燈。這種燈泡具有效率高、壽命長的特點，可連續使用10萬小時，比普通白熾燈泡長100倍。科學家預測，在未來5年，這種燈泡很可能成為下一代照明的主流產品。
    發光二極管（LED）燈泡無論在結構上還是在發光原理上，都與傳統的白熾燈有著本質的不同。發光二極管是由數層很薄的攙雜半導體材料制成，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”，當有電流通過時，電子和空穴相互結合并釋放出能量，從而輻射出光芒。長期以來，人們之所以沒有將發光二極管用于照明，主要是因為發光二極管通常只能發出紅色光或黃色光，要想獲得白色光，還必須制造出能發出藍光的發光二極管。這樣，紅、黃、藍三種光“混合”后，就產生出白光。科學家發現了一種新型半導體材料―――氮化鎵，它在經過適當處理后就能發出藍光。發藍光的問題解決后，發白光的問題就有了希望。英國劍橋大學材料系的柯林.翰弗萊斯稱，他們在實驗中已研制出可發白光的發光二極管燈泡，這種燈泡發出的光線與陽光十分接近，具有良好的應用前景。他說，發光二極管燈泡以半導體為材料，因此，這種發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領域走在前列。
    除經久耐用外，這種燈泡在節能方面也有很大潛力。
    要了解二極管的發光原理，首先要了解半導體的基本知識。半導體材料的導電性質介于導體和絕緣體材料之間，它的獨特之處在于：當半導體受到外界光和熱條件的刺激時，它的導電能力會發生顯著的變化；在純凈的半導體中加入微量的雜質，其導電能力也會顯著的增加。在近代電子學中用得最多的半導體就是硅（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，使外側電子變成兩個原子共有的，這就形成了晶體中的共價鍵結構，這是一種約束能力很小的分子結構。在室溫（300K）情況下，由于受到熱激發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。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，空穴的出現是半導體區別于導體的一個重要特征。
    由于共價鍵出現了空穴，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，以后其他電子再轉移到這個新的空穴上。這樣就產生了一定的電荷轉移我們可以用以下公式對本征半導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；
　　k——波耳茲曼常數（1．38×10－23J/K）；
　　e——自然對數的底。
　　由于在本征半導體中自由電子和空穴是成對出現的，所以這個計算公式也可以用來表示空穴的濃度。在半導體中自由電子（或空穴）的濃度越高，導電能力越強，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。
　　在本征半導體中加入少量的五價元素雜質如磷等，它在與其他半導體原子結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，這類雜質半導體被稱為電子半導體（N型半導體）。而在本征半導體中加入少量的三價元素雜質（如硼等），因為它外層只有三個電子，在與周圍的半導體原子組成共價鍵以后會在晶體中產生一個空位，這類雜質半導體被稱為空穴半導體（P型半導體）。在N型和P型半導體結合后，在它們的交界處就會出現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區和P區原來的電中性。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區和P區交界面附近形成了一個很薄的空間電荷區，這就是我們所說的PN結。
　　在PN結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，形成一個內電場。隨后新注入的空穴和自由電子再重新復合，復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熒光粉方法的優點是：結構簡單，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，導致色溫漂移和壽命縮短等。
2、三基色熒光粉轉換白光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，使用高轉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。與熒光粉轉換白光LED相比，這種類型LED的好處是避免了熒光粉在光轉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芯片的半導體材質相差很大，量子效率不同，光色隨驅動電流和溫度變化不一致，隨時間的衰減速度也不同。為了保持顏色的穩定性，需要對3種顏色的LED分別加反饋電路進行補償和調節，這就使得電路過于復雜。另外，散熱也是困擾多芯片白光LED光源的主要問題。

LED光源優點：
1、節能環保
LED的發光原理與白熾燈和氣體放電燈的發光原理都不同，LED光源的能量轉化效率非常高，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%的節能效果。節能效果顯著，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合起來應用，節能又環保。其本身不含有毒有害物質（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。它可以應用于水下照明。
　　還有其他優點如：低熱量、小型化、響應時間短等，這些都使LED光源具有很大的優勢，為應用于實際生產生活中創造了有利條件。

特性：
1、高效節能　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節能燈一百小時耗1度電)；
2、超長壽命　半導體芯片發光，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，不產生輻射（普通燈光線中含有紫外線和紅外線）；
4、綠色環保　不含汞和氙等有害元素，利于回收和，而且不會產生電磁干擾（普通燈管中含有汞和鉛等元素，節能燈中的電子鎮流器會產生電磁干擾）；
5、保護視力　直流驅動，無頻閃（普通燈都是交流驅動，就必然產生頻閃）；
6、光效率高　發熱小，90%的電能轉化為可見光（普通白熾燈80%的電能轉化為熱能，僅有20%電能轉化為光能）；
7、安全系數高　所需電壓、電流較小，發熱較小，不產生安全隱患，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，于邊遠山區及野外照明等缺電、少電場所。

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