2014年的诺贝尔物理学奖让发光二极管成为了大众关怀的焦点。近些年来，从发光二极管供给背光的液晶显示器到由其供给照明的台灯，这种新式的照明方法正在越来越多地呈现在咱们的日子中。那么，发光二极管与传统照明方法比较，有哪些长处，它又是怎么为咱们供给照明的呢？
白炽：并不高超的发光
在了解发光二极管的作业原理以及它为什么愈加节能之前，咱们无妨来看一下传统的白炽灯，也便是俗称的电灯泡是怎么发光的。
假如我告知你，咱们身边的一切物体都在发光，你可能会觉得十分惊奇。是呀，知识告知咱们，天空中只需恒星能发光，连月亮都是反射光；日子中除了电灯、蜡烛等，没看见其他的物体也在发光呀？
科学家告知咱们，任何物体只需它的温度高于绝对零度，就无时无刻不在以电磁波的方式向外界宣布能量，这叫热辐射。电磁波的波长从几千千米到缺乏1纳米，跨过了巨大的规模，可是只需400-800纳米这很窄的一段才干被咱们的眼睛所感知，这便是一般所说的可见光。所以咱们能够说，包含咱们本身在内的一切物体都在发光。
但是一个物体宣布的电磁波并不是均匀地掩盖一切的波长，而是首要地会集在某个波长邻近，而这个波长的长短与物体的温度成反比。关于温度在室温邻近的物体来说，它们宣布的电磁波首要会集在波长比可见光长的红外线，所以可见光的份额微乎其微。这便是咱们看不见这些物体在发光的原因。
跟着物体温度一步步升高，它的热辐射不只会变得愈加剧烈，并且宣布的电磁波也逐步变得以可见光为主，因而这些本来看不见发光的物领会变得亮堂起来。例如电炉丝加热到几百摄氏度时会发红，便是因为温度升高使得红光替代了红外线，在热辐射中占有了分配位置。假如温度继续升高到几千摄氏度，那么可见光中波长更短的黄、绿、蓝等色彩的光也被许多释放出来。不同波长的可见光混合在一同，咱们就看到了与阳光相似的白光，这便是白炽现象。在白炽灯呈现之前，人们经过焚烧柴火、灯油或许各种蜡来照明，实际上也是在运用白炽现象，只不过这时候运用的是化学反响发生的高温；而白炽灯则是经过电流将钨丝加热到2，000摄氏度以上，然后发生许多的可见光。
图1 不同温度的物体的热辐射的比较，曲线由上至下别离是温度为15，000K（0K对应-273.15摄氏度）的恒星、温度为5，800K的恒星（太阳）、温度为3，000K的恒星和温度为310K的人体可见物体。横纵坐标别离为波长（单位为纳米）和热辐射的相对强度，平行于纵坐标的窄色带表明可见光的规模。由此可见物体温度有必要满足高才会宣布许多的可见光。 白炽现象仅仅物体被加热时的一个“副产品”，而特别让白炽灯发光要耗费很大的电能，才干把灯丝加热到很高的温度，这并不是很合算。因为一切热辐射宣布的电磁波都会掩盖一个广大的波长规模，白炽灯在宣布可见光的一同还会宣布许多的红外线、紫外线等，它们对供给照明毫无协助，却耗费了许多的能量。打个比如，某天你到食堂想买10元钱的馒头，大师傅却给你5毛钱的馒头和9.5元钱的米饭。你说我今日不要米饭，只需馒头；大师傅说不可，馒头和米饭只能这样搭配着卖。为了确保买到满足的馒头，你只好花200元买来10元的馒头，多花了190元钱。白炽灯的作业原理就像这样，输入的电能只需5%左右能够被转化成可见光，其他都变成热能白白糟蹋掉了。
白炽灯极低的功率不只糟蹋许多的电能，发生的热量也带来了许多令人头疼的问题。这些热量传递到环境中，可能会让运用者感到不舒服，还会轻易地让周围的纸张、布疋等可燃物质的温度升高到燃点以上，带来很大的火灾危险。别的，在几千摄氏度的高温下，许多常温下很安稳的物质都会变得十分生动，这意味着灯丝很简单损坏。虽然现代的白炽灯运用熔点极高的钨丝，并将灯泡内部抽成真空或许充入惰性气体防止钨被氧化，白炽灯的运用寿命依然不长，一般不超越1，000小时。也便是说，哪怕灯泡质量再好，每天只用供给3-5小时的照明，一年左右也有必要更换了。
因而，虽然白炽灯为现代文明的前进做出了不可磨灭的奉献，依然无法防止退出历史舞台的命运。现在，各国政府都现已将筛选一般白炽灯列上了日程，未来几年时间内，白炽灯将逐步从人们的视界中消失。那么谁来继续为咱们供给照明呢？那便是发光原理天壤之别的冷发光。
功率更高的冷发光
咱们知道，假如用脚去踢一个放在地上的足球，那么每次足球飞起的速度都不尽相同，这是因为咱们很难确保每次用力相同。但是假如让这个足球从二楼阳台上自在落下，那么它总会以相同的速度落到地上。这是因为咱们把足球从一楼带到二楼的进程中克服了重力的招引，足球增加了势能。当足球从二楼落下时，增加的势能释放出来，赋予了足球速度。因为楼层的高度是固定的，增加的势能也是固定的，足球落地时的速度天然也是相同的。
咱们还知道，原子是由原子核和核外的电子组成的，原子构成分子是这些电子相互作用把不同的原子维系起来的。不管在原子仍是分子中，这些电子也像别离住在一栋楼房中，楼房的每一个楼层被称为能级；楼层越高，对应的能量也就越高。一般来说，电子入住这样一栋楼房时，总是从能量最高的“一楼”开端，逐步占有上面的楼层。当悉数的电子入住结束时，大楼里还会有许多楼层空着。假定某个分子中的电子占有了大楼的1~10层，假如咱们把本来处在基层的电子移动到上一层，那么电子在这个进程中也增加了能量。假如让这个电子回到基层，那么剩余的能量也会被释放出来，只不过不是增加速度，而是释放出电磁波。假如电磁波的波长刚好在400~800纳米这个规模，那么电子在这个移动进程中就宣布了可见光。演唱会上，歌迷手中挥动的萤光棒便是一个典型的比如。萤光棒买来时并不会发光，一旦咱们将它曲折，萤光棒内部本来被分离隔的几种化学物质混合到一同发生化学反响；反响释放出的能量让某些电子从能量低的状况进入能量高的状况，当它们再次回到能量低的状况时，光就被释放出来了。
图2 冷发光的一种常见的原理：电子先从外界吸收能量，从能量较低的状况进入能量较高的状况；随后回来能量较低的状况，将剩余的能量以可见光的方式放出。 正在发光的荧光棒并不像点亮的白炽灯那样棘手，因而像萤光棒这样的发光一般被称为冷发光。冷发光并不需要像白炽灯那样将物体加热到很高的温度，因而对能量的运用率天然更高一些。冷发光还有一个共同之处，那便是一般不会像白炽发光那样掩盖一个很广的波长规模，而是会集于某一特定的波长。例如一根黄色的萤光棒绝不会宣布红光或许蓝光，更不会宣布对照明毫无协助的红外线和紫外线，这也是冷发光对能量的运用率高于白炽发光的一个重要原因。
图3 萤光棒的发光是典型的冷发光。一般萤光棒只能宣布一种色彩的光，经过改动萤光棒中化学物质的结构能够得到发不同色彩光的萤光棒。
荧光灯：冷发光的模范
前面说到的萤光棒是运用了化学反响让电子进入高能量的状况，咱们也能够运用光来给电子供给能量。例如把一张钞票放在紫外灯下，咱们会发现有的区域宣布蓝光，这是因为这些区域里某些物质的电子能够吸收紫外线的能量，然后发生了冷发光。这样由光供给能量的冷发光被称为荧光或许磷光，而荧光灯便是运用了这一原理。
荧光灯灯管的内壁涂有一层荧光粉，两头是钨制灯丝，灯管中增加少数的汞，并充入氩气等惰性气体。电路接通后，电流流经灯丝，许多的电子从灯丝中释放出来。这些电子与灯丝中氩气的原子发生剧烈的磕碰，使得氩原子中的一些电子逃逸出来；而氩原子自己则带上正电，变成了氩离子。这些电子和氩离子从灯管的一端移动到另一端，在移动进程中放出的热量把液态汞变成了汞蒸汽；而进入到蒸汽中的汞原子也与电子和氩离子发生磕碰。磕碰的成果，许多的紫外线从汞蒸汽中被释放出来。荧光粉吸收紫外线的能量，随即发生荧光或许磷光现象。这些物质宣布的不再是紫外线，而是可见光。这样，经过几道工序的互相配合，荧光灯就把电能转化为光能。
因为依托冷发光原理供给照明，荧光灯的功率要大大高于白炽灯，能够将20-25%的电能转化为光能。荧光灯的运用寿命也大大善于白炽灯，理论上至少能够继续供给10，000小时的照明。不过人们依然不满足这样的数字，所以又开发了另一种凭借冷发光原理的灯具——发光二极管。
