●文/劉玉柱 南京信息工程大學(xué)教授、博導(dǎo)，江蘇省科普作家協(xié)會(huì)會(huì)員 蔡津竺 南京信息工程大學(xué)

夜晚，霓虹燈絢麗、璀璨，流光溢彩，一座座城市被裝點(diǎn)得格外美麗、夢幻。而這些璀璨燈光的背后，LED 燈是頭等功臣！

其實(shí)，生活中到處都有LED 燈的身影，同學(xué)們對它也一定非常熟悉。那么，LED 燈到底靠什么原理發(fā)光？它和普通的白熾燈又有什么區(qū)別呢？

LED燈的組成及發(fā)光原理

LED的全稱是Light Emitting Diode，是發(fā)光二極管的英文縮寫。簡單來說，它是一種可以將電能直接轉(zhuǎn)化為可見光的半導(dǎo)體材料器件，能發(fā)出紅、黃、藍(lán)、綠、青、橙、紫以及白色的光。

它的內(nèi)部半導(dǎo)體晶片結(jié)構(gòu)由兩部分組成——N 型半導(dǎo)體和P 型半導(dǎo)體。N 型半導(dǎo)體中主要含有電子，而P 型半導(dǎo)體中空穴占主導(dǎo)地位。當(dāng)這兩部分半導(dǎo)體連接在一起的時(shí)候，它們就形成了“PN 結(jié)”。電流通過這個(gè)PN 結(jié)時(shí)，電子和空穴相結(jié)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射光。而二極管的材料不同，產(chǎn)生的光的顏色就不同，也便成了我們所看到的各種顏色的LED 燈，這便是LED 燈的發(fā)光原理。這半導(dǎo)體晶片是它的“心臟”所在。

3 種燈的光譜波長范圍

但是，我們平時(shí)最常見到的白光不是那么容易就能獲得的。最簡單的一種方式就是利用紅、綠、藍(lán)三色混合產(chǎn)生白光，這種方式可以輕松調(diào)出所需的色溫、色光，但在電源供應(yīng)設(shè)計(jì)方面比較復(fù)雜，并且存在不均勻發(fā)光問題。此外，我們還可以利用熒光粉涂層方式，發(fā)光效率強(qiáng)，但是白光均勻度易受到多種因素的影響。

生活中，我們還能看到另外一種由特殊芯片構(gòu)成的LED燈能發(fā)出白光，它們由GaN 芯片和釔鋁石榴石（YAG）封裝在一起構(gòu)成。GaN 芯片發(fā)出藍(lán)光后，一部分藍(lán)光將YAG 熒光粉激發(fā)，使其發(fā)出黃色光，另一部分藍(lán)光與熒光粉發(fā)出的黃光混合，從而得到白光。我們可以通過改變熒光粉的化學(xué)組成和厚度，來獲得不同類型的白光。

LED燈如何省電節(jié)能

LED 燈能在燈泡市場的更新迭代中成為勝者，將白熾燈、熒光燈、高強(qiáng)度氣體放電燈等成員一一淘汰，一定有它獨(dú)有的優(yōu)勢所在，那就是節(jié)能性！

自從愛迪生改良燈泡以來，白熾燈一直占據(jù)著主要市場，但是它的光電轉(zhuǎn)換效率只有2%～4%。在全面普及節(jié)能減排、綠色環(huán)保的今天，LED 燈無疑是時(shí)代的寵兒，它在發(fā)光強(qiáng)度、使用時(shí)間以及發(fā)光效率方面都呈現(xiàn)出較明顯的優(yōu)勢特點(diǎn)，發(fā)光效率的實(shí)際值可以高達(dá)90%。在同等光亮強(qiáng)度的條件下，LED 燈只需要損耗白熾燈發(fā)光電能的1/10，1 000 小時(shí)僅耗幾千瓦時(shí)電，這樣的節(jié)能差距之大顯而易見。不僅如此，LED 燈的使用壽命也非常長，可以達(dá)到10 萬小時(shí)。

而普通的日光燈，它的兩端各有一燈絲，燈管內(nèi)充有微量的氬和稀薄的汞蒸氣，燈管壁上涂有熒光粉，兩根燈絲之間的氣體導(dǎo)電時(shí)發(fā)出紫外線，讓熒光粉發(fā)出可見光。這種燈具的特點(diǎn)在于，它在使用前需要一個(gè)很高的電壓來激發(fā)，正常發(fā)光時(shí)又只允許通過不大的電流，這種電壓的不穩(wěn)定性不僅耗電，還增加了它本身的損壞率。

而LED 燈的工作電壓較低，低于人體安全電壓，比普通民用電源更為安全可靠，也非常適用于公共場合的照明。不僅如此，LED 燈無燈絲，靠半導(dǎo)體芯片發(fā)光，不受振動(dòng)影響，也不隨外部電壓和環(huán)境溫度的改變而改變。同時(shí)，它的光線中不含紫外線和紅外線，不產(chǎn)生輻射，對人體更健康。在一些邊遠(yuǎn)地區(qū)，LED 燈同樣具有很大優(yōu)勢，它可以通過直流供電。電池和太陽能都能為其供電，在野外也能使用。

LED燈的廣泛應(yīng)用

可以毫不夸張地說，LED燈在我們的生活中隨處可見，幾乎所有的光亮之處都有它的身影。在專賣店和大型商場，商家針對某些特殊產(chǎn)品的展示光源偏好，用LED 燈營造出其他傳統(tǒng)照明光源無法比擬的高質(zhì)量光環(huán)境；在博物館、美術(shù)陳列館等對照明環(huán)境要求較高的特殊場合，展品的特殊性要求照明光源不含紫外線，沒有熱輻射，LED 燈很好地滿足了這一要求……當(dāng)然，在我們的家中也有它們的存在，客廳里的吊燈、房間里的照明燈大部分都是由LED 燈組成的。

LED 燈的前景也是一片光明，我們可以通過計(jì)算機(jī)編程的方式來實(shí)現(xiàn)芯片間的連接，逐步實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化，同時(shí)也致力于在省電性能上做進(jìn)一步的提升。我們一起期待它的燦爛未來吧！