●文/刘玉柱 南京信息工程大学教授、博导，江苏省科普作家协会会员 蔡津竺 南京信息工程大学

夜晚，霓虹灯绚丽、璀璨，流光溢彩，一座座城市被装点得格外美丽、梦幻。而这些璀璨灯光的背后，LED 灯是头等功臣！

其实，生活中到处都有LED 灯的身影，同学们对它也一定非常熟悉。那么，LED 灯到底靠什么原理发光？它和普通的白炽灯又有什么区别呢？

LED灯的组成及发光原理

LED的全称是Light Emitting Diode，是发光二极管的英文缩写。简单来说，它是一种可以将电能直接转化为可见光的半导体材料器件，能发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫以及白色的光。

它的内部半导体晶片结构由两部分组成——N 型半导体和P 型半导体。N 型半导体中主要含有电子，而P 型半导体中空穴占主导地位。当这两部分半导体连接在一起的时候，它们就形成了“PN 结”。电流通过这个PN 结时，电子和空穴相结合，产生自发辐射光。而二极管的材料不同，产生的光的颜色就不同，也便成了我们所看到的各种颜色的LED 灯，这便是LED 灯的发光原理。这半导体晶片是它的“心脏”所在。

3 种灯的光谱波长范围

但是，我们平时最常见到的白光不是那么容易就能获得的。最简单的一种方式就是利用红、绿、蓝三色混合产生白光，这种方式可以轻松调出所需的色温、色光，但在电源供应设计方面比较复杂，并且存在不均匀发光问题。此外，我们还可以利用荧光粉涂层方式，发光效率强，但是白光均匀度易受到多种因素的影响。

生活中，我们还能看到另外一种由特殊芯片构成的LED灯能发出白光，它们由GaN 芯片和钇铝石榴石（YAG）封装在一起构成。GaN 芯片发出蓝光后，一部分蓝光将YAG 荧光粉激发，使其发出黄色光，另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合，从而得到白光。我们可以通过改变荧光粉的化学组成和厚度，来获得不同类型的白光。

LED灯如何省电节能

LED 灯能在灯泡市场的更新迭代中成为胜者，将白炽灯、荧光灯、高强度气体放电灯等成员一一淘汰，一定有它独有的优势所在，那就是节能性！

自从爱迪生改良灯泡以来，白炽灯一直占据着主要市场，但是它的光电转换效率只有2%～4%。在全面普及节能减排、绿色环保的今天，LED 灯无疑是时代的宠儿，它在发光强度、使用时间以及发光效率方面都呈现出较明显的优势特点，发光效率的实际值可以高达90%。在同等光亮强度的条件下，LED 灯只需要损耗白炽灯发光电能的1/10，1 000 小时仅耗几千瓦时电，这样的节能差距之大显而易见。不仅如此，LED 灯的使用寿命也非常长，可以达到10 万小时。

而普通的日光灯，它的两端各有一灯丝，灯管内充有微量的氩和稀薄的汞蒸气，灯管壁上涂有荧光粉，两根灯丝之间的气体导电时发出紫外线，让荧光粉发出可见光。这种灯具的特点在于，它在使用前需要一个很高的电压来激发，正常发光时又只允许通过不大的电流，这种电压的不稳定性不仅耗电，还增加了它本身的损坏率。

而LED 灯的工作电压较低，低于人体安全电压，比普通民用电源更为安全可靠，也非常适用于公共场合的照明。不仅如此，LED 灯无灯丝，靠半导体芯片发光，不受振动影响，也不随外部电压和环境温度的改变而改变。同时，它的光线中不含紫外线和红外线，不产生辐射，对人体更健康。在一些边远地区，LED 灯同样具有很大优势，它可以通过直流供电。电池和太阳能都能为其供电，在野外也能使用。

LED灯的广泛应用

可以毫不夸张地说，LED灯在我们的生活中随处可见，几乎所有的光亮之处都有它的身影。在专卖店和大型商场，商家针对某些特殊产品的展示光源偏好，用LED 灯营造出其他传统照明光源无法比拟的高质量光环境；在博物馆、美术陈列馆等对照明环境要求较高的特殊场合，展品的特殊性要求照明光源不含紫外线，没有热辐射，LED 灯很好地满足了这一要求……当然，在我们的家中也有它们的存在，客厅里的吊灯、房间里的照明灯大部分都是由LED 灯组成的。

LED 灯的前景也是一片光明，我们可以通过计算机编程的方式来实现芯片间的连接，逐步实现数字化、智能化，同时也致力于在省电性能上做进一步的提升。我们一起期待它的灿烂未来吧！