摘 要：文章主要介紹了現(xiàn)階段led在燈具領(lǐng)域的應(yīng)用情況，并著重介紹了led的發(fā)光原理以及理論上的諸多優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)分析了現(xiàn)有技術(shù)對(duì)led燈具進(jìn)一步發(fā)展造成的影響。

關(guān)鍵詞：LED；燈具；光源；

ＬＥＤ作為一種新興的光源，最初使用是在１９６２年。在市場(chǎng)的需求和技術(shù)進(jìn)步的推動(dòng)下，ＬＥＤ光源經(jīng)歷了一段光輝的歷史，從最初只能作為指示光源，到現(xiàn)在可以制作成室外用超大顯示屏；從早期６５０ｎｍ的紅色光，到現(xiàn)在的白光ＬＥＤ出現(xiàn)；從最初的只有千分之幾流明，發(fā)光效率只有０．１ｌｍ/Ｗ，到現(xiàn)在的白色ＬＥＤ發(fā)光效率也能超過(guò)４０ｌｍ/Ｗ。尤其是在最近十年中，ＬＥＤ的質(zhì)量提高了１０倍，而制造成本卻下降到早期產(chǎn)品的１/１０。這個(gè)趨勢(shì)還在進(jìn)一步發(fā)展中，這使ＬＥＤ成為信息光電子新興產(chǎn)業(yè)中極具影響力的新產(chǎn)品，同時(shí)隨著工藝技術(shù)的進(jìn)一步提高，ＬＥＤ光源一定還有更廣闊的使用前景。但是就目前的工藝技術(shù)和使用情況來(lái)看，ＬＥＤ光源還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有發(fā)揮出它應(yīng)有的潛力。

1 發(fā)光原理

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)（如圖1所示），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（如圖2所示）。

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。下表介紹了幾種商用ＬＥＤ的主要原料和光色。

2 主要優(yōu)點(diǎn)

2.1 節(jié)能環(huán)保

ＬＥＤ的發(fā)光原理與白熾燈和氣體放電燈