五彩缤纷的LED灯照亮了这片风景。 伊万/盖蒂图片社

　　发光二极管俗称LED，是电子界真正的无名英雄。他们在各种设备中做许多不同的工作。他们形成数字 数字时钟，从以下位置传输信息 遥控器，点亮手表并告诉您电器何时打开。收集在一起，它们可以在 巨型电视屏幕 或照亮交通信号灯。

　　基本上，LED只是微小的灯泡，很容易安装到电路中。但与白炽灯泡不同的是，它们没有烧坏的灯丝，它们使用更少的电力，而且它们不会变得特别热。它们仅由电子在 半导体 材料，它们的使用寿命与标准晶体管一样长。LED的寿命比白炽灯泡的短寿命高出数千小时。由于这些优点，微型LED是用于照明的最流行的技术之一。 液晶显示器 电视。

　　与传统白炽灯相比，LED有几个优点，但它们的主要优点是 效率.在白炽灯泡中，光生产过程涉及产生大量热量(灯丝必须加热才能发光)。除非你把灯当作加热器，否则这种能量是完全浪费的，因为大部分可用电力不会用于产生可见光。相对而言，LED产生的热量很少。更高比例的电能直接用于发电，这大大减少了电力需求。

　　每瓦特，LED比普通白炽灯泡输出更多的流明(或可见光量)。发光二极管具有更高的 发光效率 (电转换为可见光的效率如何)比白炽灯 – 一个 60 瓦的白炽灯泡可以产生 750-900 流明，但您只需使用 6-8 瓦就可以从 LED 灯泡获得相同的输出。同样的LED灯泡可以持续25，000小时，但60瓦的白炽灯只能点亮约1，200小时。换句话说，一个LED灯泡可以持续使用21个60瓦的白炽灯泡连续燃烧[来源： 地球易].

　　直到最近，LED还过于昂贵，无法用于大多数照明应用，因为它们是围绕先进的半导体材料构建的。然而，半导体器件的价格在 2000 年后暴跌，使 LED 成为适用于各种情况的更具成本效益的照明选择。虽然它们可能比前面的白炽灯更贵(大约 5 美元，而白炽灯泡为 1 美元)，从长远来看，它们较低的成本可以使它们成为更好的选择。几家公司已经开始销售LED灯泡，旨在与白炽灯和紧凑型荧光灯竞争，这些荧光灯有望提供长寿命的明亮光线和惊人的能源效率。

　　在本文中，我们将研究这些无处不在的闪光灯背后的技术，阐明在此过程中电和光的一些很酷的原理。

　　什么是二极管?

　　在结处，来自N型材料的自由电子填充来自P型材料的空穴。这会在二极管中间形成一个绝缘层，称为耗尽区。

　　© 如何工作二极管是最简单的一种 半导体 装置。从广义上讲，a 半导体 是一种具有不同导电能力的材料。大多数半导体由添加杂质(另一种材料的原子)的不良导体制成。添加杂质的过程称为 掺杂.

　　在LED的情况下，导体材料通常是铝镓砷化物(AlGaAs)。在纯铝镓砷化物中，所有原子都与它们的邻居完美结合，没有自由电子(带负电的粒子)来传导电流。在掺杂材料中，额外的原子会改变平衡，要么增加自由电子，要么在电子可以去的地方产生空穴。这些变化中的任何一种都会使材料更具导电性。

　　具有额外电子的半导体称为 N型材料，因为它有额外的带负电荷的粒子。在N型材料中，自由电子从带负电的区域移动到带正电的区域。

　　当电路的负端连接到N型层，正端连接到P型层时，电子和空穴开始移动，耗尽区消失。

　　© 如何工作

　　具有额外孔的半导体称为 P型材料，因为它实际上具有额外的带正电荷的粒子。电子可以从一个空穴跳到另一个空穴，从一个带负电的区域移动到一个带正电的区域。结果，空穴本身似乎从带正电的区域移动到带负电的区域。

　　二极管由一段N型材料与一段P型材料键合而成，两端都有电极。这种布置仅在一个方向上导电。当二极管没有电压时，来自N型材料的电子沿着层之间的结填充来自P型材料的空穴，形成耗尽区。在一个 耗尽区，半导体材料恢复到原来的绝缘状态——所有的空穴都被填满，所以没有自由电子或电子的空白空间，电流不能流动。

　　当电路的正端连接到N型层，负端连接到P型层时，自由电子聚集在二极管的一端，空穴聚集在另一端。耗尽区变大。

　　© 如何工作

　　为了摆脱耗尽区，你必须让电子从N型区域移动到P型区域，空穴向相反的方向移动。为此，将二极管的N型侧连接到电路的负端，将P型侧连接到正端。N型材料中的自由电子被负极排斥并被吸引到正极。P型材料中的孔向另一个方向移动。当电极之间的电压差足够高时，耗尽区中的电子被提升出它们的空穴并再次开始自由移动。耗尽区消失，电荷穿过二极管。

　　如果尝试以另一种方式运行电流，P型侧连接到电路的负端，N型侧连接到正端，则电流不会流动。N型材料中的负电子被吸引到正极。P型材料中的正孔被吸引到负极上。没有电流流过结，因为空穴和电子都朝错误的方向移动。耗尽区增加。(见 半导体的工作原理 以获取有关整个过程的更多信息。

　　在这种设置中，电子和空穴之间的相互作用有一个有趣的副作用——它会产生光!

　　二极管如何发光?

　　光是一种可以由原子释放的能量形式。它由许多小颗粒状包组成，这些包具有能量和动量，但没有质量。这些粒子，称为 光子，是光的最基本单位。

　　光子由于移动的电子而释放。在原子中，电子在原子核周围的轨道上移动。不同轨道上的电子具有不同的能量。一般来说，具有更大能量的电子在远离原子核的轨道上移动。

　　为了使电子从较低的轨道跳到较高的轨道，必须有一些东西来提高其能级。相反，当电子从较高的轨道下降到较低的轨道时，它会释放能量。这种能量以光子的形式释放。更大的能量下降释放出更高能量的光子，其特征是更高的频率。

　　正如我们之前看到的，穿过二极管的自由电子可以从P型层落入空穴中。这涉及从导带下降到较低轨道，因此电子以光子的形式释放能量。这发生在任何二极管中，但只有当二极管由某些材料组成时，您才能看到光子。例如，标准硅二极管中的原子以电子落差相对较短的方式排列。结果，光子的频率如此之低，以至于人眼看不见——它位于光谱的红外部分。当然，这不一定是一件坏事：红外LED是理想的选择 遥控器，除其他外。

　　二极管如何发光。

　　(三)如何工作

　　可见光发光二极管(VLED)，例如在数字时钟中点亮数字的二极管，由导带和下轨道之间间隙较宽的材料制成。间隙的大小决定了光子的频率——换句话说，它决定了光的颜色。虽然 LED 用于从遥控器到电子产品数字显示器的所有领域，但可见光 LED 因其使用寿命长和微型尺寸而广受欢迎。根据 LED 中使用的材料，它们可以在红外、紫外线和介于两者之间的可见光谱的所有颜色中发光。

　　虽然所有二极管都发光，但大多数二极管不能非常有效地发光。在普通二极管中， 半导体 材料本身最终会吸收大量的光能。LED是专门为向外释放大量光子而构造的。此外，它们被安置在一个塑料灯泡中，将光线集中在一个特定的方向上。来自二极管的大部分光从灯泡的侧面反射，通过圆形端传播。

　　LED 灯泡与节能灯和白炽灯的比较

　　LED 照亮了这条隧道。 OS TARTAROUCHOS/GETTY IMAGES

　　几十年来，100瓦的白炽灯泡照亮了走廊和卧室;60瓦白炽灯从阅读灯和壁橱发出更柔和的光线。但白炽灯效率低下，浪费大量能量作为热量，并且寿命比荧光灯短。最近，更高效 紧凑型荧光灯 (CFL) 灯泡已成为流行的替代品。白炽灯平均持续约1，200小时，节能灯可持续10，000小时[来源： 地球易].不幸的是，节能灯含有有毒的汞，这使得它们具有潜在的危险性和处理的痛苦。

　　进入 LED 灯泡。LED具有节能灯的优点 - 更低的功耗和更长的使用寿命 - 没有有毒汞的缺点[来源： 熙尔和莫斯].例如，一个 60 瓦的白炽灯泡每年消耗价值超过 150 美元的电力，并提供约 800 流明的光;等效的紧凑型荧光灯使用不到15瓦，每年仅花费约35美元的电费。LED灯泡甚至更好，消耗约8.5瓦的功率，每年的成本约为21美元，可持续使用25，000小时或更长时间[来源： 地球易].全年只有 8，760 小时——想象一下 LED 灯泡在普通家庭中的使用寿命有多长!

　　这使得LED听起来很棒 - 而且确实如此 - 但白炽灯和紧凑型荧光灯仍然存在是有原因的。最大的原因是价格;LED灯泡的成本高于其他选择，尽管近年来LED灯泡的价格有所下降。然而，它们更长的使用寿命和显着降低的功耗有助于弥补更高的进入门槛。

　　除了高成本屏障外，LED还容易受到高温的影响。如果LED电路变得太热，更多的电流将通过 结 本文前面提到过。当连接变得太热时，会导致灯泡烧坏[来源： 发光二极管杂志].即使LED不含汞(与CFL灯泡不同)，它们也可能含有其他危险元素，如铅或砷[来源： 熙尔和莫斯].此外，一项研究发现，使用LED灯泡会增加光污染[来源： 布雷迪].

　　有些人也喜欢白炽灯的外观，觉得它们比淡黄色的CFL灯泡和LED的蓝色亮度更温暖。照明类型的差异可能需要一些调整，但 LED 也有各种色调可供选择。LED是可调光的(与节能灯不同)，非常适合促进植物生长，因为它们有效地阻挡了大量的光，而不会产生可能损害植物生命的热量。

　　虽然节能灯和白炽灯泡仅限于其外壳的颜色，但一些LED灯泡可以改变以发出数百万种颜色。这些灯泡通常比白色LED灯泡更昂贵，但它们可以编程为随一天中的时间改变颜色，让人们更好地控制他们的环境。

　　LED电视和发光二极管的未来

　　显示希腊群岛图像的LED电视排列在墙上。 MBBIRDY/GETTY IMAGES

　　自早期点亮数字钟面以来，LED已经走了很长一段路。在 2000 年代， 液晶显示器 电视接管了高清市场，代表了对旧标准清晰度CRT电视的巨大进步。LCD显示器甚至比重量超过100磅(45.4公斤)的高清背投设备迈出了一大步。但LED技术改变了市场。虽然液晶电视比大型背投机更薄更轻，但它们仍然使用冷阴极荧光管将白光投射到构成屏幕的像素上。这些增加了电视机的重量和厚度。LED解决了这两个问题。

　　你见过只有一英寸厚的巨型平板电视吗?那可能是一台LED电视。这是首字母缩略词有点令人困惑的地方：那些 LED电视仍然是液晶电视，因为屏幕本身是由液晶组成的。从技术上讲，它们是 LED 背光 液晶电视。LED不是荧光灯管，而是从屏幕后面发光，照亮像素以创建图像。由于LED的小尺寸和低功耗，LED背光电视比普通LCD机薄得多，也更节能。它们还可以提供更宽的色域，产生更生动的图片。

　　市场上有几种不同类型的 LED 背光装置，但并非所有的 LED 背光装置都是平等的。许多套装使用白色 边缘照明 将光线照射到整个显示器上。这些套装提供的唯一真正优势是薄。 RGB LED 背光套件，另一方面，提供改进的颜色。有些配置甚至允许一种称为 局部调光，其中显示器不同部分的 LED 可以独立变亮或调暗，以创建更动态的图像 [来源： 莫里森].这突出了LED相对于CFL的另一个巨大优势：由于LED实际上可以立即打开和关闭，因此它们在黑暗场景中会产生令人敬畏的黑色水平。由于白色荧光灯在电视使用过程中必须保持亮起，因此在黑暗场景中，一些光线往往会渗入并照亮图像。

　　一些最新的LED显示屏由 有机发光二极管或 发光二极管.用于制造这些半导体的有机材料是柔性的，允许科学家创造可弯曲的灯和显示器 - 一些制造商已经开始生产智能手机和其他使用较小OLED屏幕的设备。由于该技术允许更好，更大的显示器，您可能会开始在以前永远找不到屏幕的地方看到它们。OLED还允许完全关闭单个像素，让观众看到真正的黑色。

　　指示灯常见问题

　　LED 代表什么?

　　LED 代表发光二极管。

　　LED的用途是什么?

　　他们在各种电子设备中做许多不同的工作。它们在数字时钟上形成数字，从遥控器传输信息，在巨型电视屏幕上创建图像，并照亮交通信号灯。这样的例子不胜枚举。

　　LED灯能用多久?

　　一个LED灯泡可以持续长达25，000小时或连续使用近三年。

　　您可以在任何灯插座中使用 LED 灯泡吗?

　　只要插座的尺寸和类型相同，您就可以在现有灯具中使用 LED 灯泡。只需确保使用与灯具推荐的瓦数相同的灯泡即可。

　　LED灯泡值得吗?

　　LED灯泡效率更高，功耗更低，使用寿命长。它们的购买成本要高得多，但是当您考虑到它们消耗约8.5瓦的功率，每年的成本约为21美元，而60瓦白炽灯泡每年消耗超过150美元的电力，它们值得前期成本。