在电灯发明100多年之后，照明技术的进步使电灯也面临着严重的威胁。为了实现从传统的电灯照明到LED(Light－emitting diode，发光二极管)照明的过渡，主要的光源制造商正在加强和LED制造商的联合。

　　LED的机理

　　我们知道，发光是一种能量转换现象。当系统受到外界激发后，会从稳定的低能态跃迁到不稳定的高能态。当系统由不稳定的高能态重新回到稳定的低能态时，如果多余的能量以光的形式辐射出来，就产生发光现象。半导体发光二极管利用注入PN结的少数载流子与多数载流子复合，从而发出可见光，是一种直接把电能转化为光能的发光器件。从半导体中得到电致发光。在20世纪60年代中期，首先出现了商用化的红色发光二极管。

　　发光二极管的结构主要由PN结芯片、电极和光学系统组成。当在电极上加上正向偏压之后，使电子和空穴分别注入P区和N区，当非平衡少数载流子与多数载流子复合时，就会以辐射光子的形式将多余的能量转化为光能。其发光过程包括三个部分：正向偏压下的载流子注入、复合辐射和光能传输。发光二极管有许多的优点：工作电压低，耗电量少；性能稳定，寿命长(一般为10 万到1000万小时)；抗冲击，耐振动性强；重量轻，体积小，成本低。

　　目前的发光二极管主要用于显示器件和短距离、低速率的光纤通信用光源，如各种仪器仪表指示器的文字、数字及其他符号的显示等。由于亮度和颜色等原因，目前LED还不能用于通用的照明，而这正是LED未来的一个非常重要的发展方向。

　　白色LED

　　第一个LED完成于20世纪60年代初。微小的半导体芯片被封装在洁净的环氧物中，当电子经过该芯片时，它就会发出单色光。带负电的电子移动到带正电的空穴区域并与之发生复合，电子和空穴消失的同时产生了一个光子。电子和空穴之间的能量差（带隙）越大，产生的光子的能量就越高。光子的能量反过来与光的颜色相对应：在可见光的频谱范围内，蓝色光和紫色光携带的能量最多，桔色光和红色光携带的能量最少。不同的材料具有不同的带隙，从而能够发出不同颜色的光。

　　高亮度单色光的LED已经在市场上取得了进展。尽管它们与传统的灯泡相比更加昂贵，但是它们的优点完全可以抵消其较高的价格，即它具有更高的性价比。首先，一个红色LED的功耗仅仅是15瓦，而传统的灯泡则高达150瓦。其次是LED寿命长，可达10年以上。单色LED体积小、功耗低、亮度强和热量低的特点也非常适合用作汽车尾灯、航班警告灯和跑道灯等。但是照明工业和研究者们最感兴趣的是白色LED。

　　这样就提出了一个挑战：怎样才能从单色光LED中得到白光？一种方法是将不同颜色的LED 混合在一起产生白光。就像电视用炽热的红、绿、蓝色荧光粉来产生各种颜色，当然也包括白色，恰当的LED组合也可以产生白光。标准组合是红、绿、蓝色二极管的组合，而最佳组合仅仅用蓝色和桔色两种LED即可。

　　第二种方法是用LED去激励其它可以发出白光的材料。一种由氮化镓组成的装置可以发出蓝色光，在这种装置的内部涂上一层磷光剂，磷光剂在受到蓝色光照射后会产生白光，从而实现了一个白光发射器。蓝光光子具有更高的能量，足以触发磷光剂发射白光。

　　波士顿大学光子研究中心的研究人员最近提出了一种白光二极管，它综合了前面提到的两种方法。他们的“光子再循环”装置由两个LED组成，它们在同一芯片上，由铝烟镓磷(AllnGaP) 半导体复合物制成的LED叠在发蓝色光的氮化镓LED之上。蓝光撞击AllnGaP层；一些蓝色光子释放能量并产生桔黄色的光子；其他的光子则通过AllnGaP合金层。选择适当的材料和厚度就可以使通过的光子混合而产生白光。对于多芯片的设计，发光颜色可以通过对不同的二极管所加能量的不同任意进行调谐。但是在“光子再循环”装置中，颜色永远取决于所选的材料。

　　白色LED的效率

　　无论我们选择哪一种方法来产生白光，如果想取代电灯泡，所采用的LED必须可以发出更多的光，必须具有更高的能量效率。白光LED每瓦特的电能消耗可以产生10个流明（用来测量光强的单位）的照明，与白炽灯泡的效率相当。白光LED大约有10%的电能转化为光能，而白炽灯泡的转化效率是7%－8%。但是，白色LED显然要比白炽灯泡昂贵得多。

　　由AllnGaP半导体复合物制成的LED中，大约有90%的电子可以进入二极管并产生光子。不幸的是，这种半导体合金具有较高的折射率，因此不能使所有的光都发射出来用于照明，大部分被散射成无用的热量，仅仅30%可以转变为可见光。氮化镓的折射率比较低，因此对由这种材料制成的LED而言，可以有更多的光从二极管射出。但是，由于在AllnGaP层中仅有30%的电能转化成了光能，因此，最后的效率仍然仅仅是10%。这个效率用于交通灯是足够了，但还不足以用于照明。

　　如果用不同的方法安排半导体层并把晶片切成斜面，就可以得到更好的效果。LumiLeds公司通过这种方法制成了一个倒置的棱椎从而使光子在二极管中的光程缩短。在实验室中， LumiLeds公司在由AllnGaP制造的LED中，得到了50%的光子输出。他们希望该技术可以在今年进入商用。

　　这种AllnGaP发光二极管与荧光灯竞争应该是足够了，但就本身而言，还远远不够。由这种材料制造的装置仅仅能产生蓝色光和黄色光。用来产生白光的蓝色光必须来源于氮化镓，而这项技术仅仅是一个开始。

　　如果有政府的资助，到2025年LED将占到整个照明市场的一半。由于照明消耗占整个电力消耗的20%，因此大力发展LED技术将是节省能源的一个有效途径。

　　LED必将是未来的照明设备

　　但是，LED如果想要在照明市场上占领较大的份额，就必须能发出适当色调的光。众所周知，白炽灯泡具有非常强的黄色光成分，给人一种温暖的感觉。但是白荧光粉、LED发出的白光明显带有蓝色光成分。在这种白光LED的照明下，一切看起来都不太自然，与白天的情况相差太大。但是，技术正在不断进步。将来，你可以随手调节刻度盘以得到你认为最适宜的照明状态。