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，从发光二极管提供背光的液晶显示器到由其提供照明的台灯，这种新型的照明方法正在不断添加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，有什么优点，它又是如何为咱们提供照明的呢？
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，咱们不妨来看一下传统的白炽灯，也即是俗称的电灯泡是如何发光的。
假如我通知你，咱们身边的一切物体都在发光，你可能会觉得十分惊讶。是呀，知识通知咱们，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？
科学家通知咱们，任何物体只需它的温度高于{jd1}零度，就无时无刻不在以电磁波的形式向外界散发能量，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，但是只需400-800纳米这很窄的一段才能被咱们的双眼所感知，这即是通常所说的可见光。所以咱们能够说，包括咱们本身在内的一切物体都在发光。
然而一个物体宣布的电磁波并不是均匀地掩盖一切的波长，而是主要地集中在某个波长附近，而这个波长的长短与物体的温度成反比。关于温度在室温附近的物体来说，它们宣布的电磁波主要集中在波长比可见光长的红外线，所以可见光的比例微乎其微。这即是咱们看不见这些物体在发光的原因。
随着物体温度一步步升高，它的热辐射不仅会变得愈加激烈，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体会变得明亮起来。例如电炉丝加热到几百摄氏度时会发红，即是由于温度升高使得红光替代了红外线，在热辐射中占据了支配位置。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、蓝等色彩的光也被很多释放出来。不一样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，这即是白炽表象。在白炽灯呈现之前，人们经过燃烧柴火、灯油或许各种蜡来照明，实际上也是在运用白炽表象，只不过这时候运用的是化学反应产生的高温；而白炽灯则是经过电流将钨丝加热到2，000摄氏度以上，然后产生很多的可见光。
图1 不一样温度的物体的热辐射的比较，曲线由上至下分别是温度为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。横纵坐标分别为波长（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示可见光的规模。由此可见物体温度有必要满足高才会宣布很多的可见光。
白炽表象仅仅物体被加热时的一个“副产品”，而特地让白炽灯发光要耗费很大的电能，才能把灯丝加热到很高的温度，这并不是很划算。由于一切热辐射宣布的电磁波都会掩盖一个宽广的波长规模，白炽灯在宣布可见光的同时还会宣布很多的红外线、紫外线等，它们对提供照明毫无协助，却耗费了很多的能量。打个比如，某天你到食堂想买10元的馒头，大师傅却给你5毛的馒头和9.5元的米饭。你说我今日不要米饭，只需馒头；大师傅说不行，馒头和米饭只能这样搭配着卖。为了保证买到满足的馒头，你只好花200元买来10元的馒头，多花了190元。白炽灯的作业原理就像这样，输入的电能只需5%摆布能够被转化成可见光，其余都变成热能白白糟蹋掉了。
白炽灯极低的功率不仅糟蹋很多的电能，产生的热量也带来了很多令人头疼的疑问。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、布匹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，许多常温下很稳定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，白炽灯的运用寿命仍然不长，通常不超过1，000小时。也即是说，即使灯泡质量再好，每天只用提供3-5小时的照明，一年摆布也有必要更换了。
因而，虽然白炽灯为现代文明的进步做出了不可磨灭的贡献，仍然无法避免退出历史舞台的命运。当前，各国政府都现已将淘汰普通白炽灯列上了日程，将来几年时间内，白炽灯将逐步从人们的视界中消失。那么谁来继续为咱们提供照明呢？那即是发光原理截然不一样的冷发光。
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一样，这是由于咱们很难保证每次用力一样。然而假如让这个足球从二楼阳台上自由落下，那么它总会以一样的速度落到地上。这是由于咱们把足球从一楼带到二楼的进程中克服了重力的招引，足球添加了势能。当足球从二楼落下时，添加的势能释放出来，赋予了足球速度。由于楼层的高度是固定的，添加的势能也是固定的，足球落地时的速度xx也是一样的。
咱们还知道，原子是由原子核和核外的电子构成的，原子构成分子是这些电子相互作用把不一样的原子维系起来的。不管在原子还是分子中，这些电子也像分别住在一栋高楼中，高楼的每一个楼层被称为能级；楼层越高，对应的能量也就越高。通常来说，电子入住这样一栋高楼时，老是从能量{zg}的“一楼”开始，逐步占据上面的楼层。当悉数的电子入住结束时，大楼里还会有许多楼层空着。假设某个分子中的电子占据了大楼的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添加了能量。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，只不过不是添加速度，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即是一个典型的比如。萤光棒买来时并不会发光，一旦咱们将它弯曲，萤光棒内部本来被分离隔的几种化学物质混合到一同发作化学反应；反应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。
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通常被称为冷发光。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xx更高一些。冷发光还有一个独特之处，那即是通常不会像白炽发光那样掩盖一个很广的波长规模，而是集中于某一特定的波长。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。通常萤光棒只能宣布一种色彩的光，经过改变萤光棒中化学物质的构造能够得到发不一样色彩光的萤光棒。
荧光灯：冷发光的典范
前面提到的萤光棒是运用了化学反应让电子进入高能量的状况，咱们也能够运用光来给电子提供能量。例如把一张票放在紫外灯下，咱们会发现有的区域宣布蓝光，这是由于这些区域里某些物质的电子能够吸收紫外线的能量，然后产生了冷发光。这样由光提供能量的冷发光被称为荧光或许磷光，而荧光灯即是运用了这一原理。
荧光灯灯管的内壁涂有一层荧光粉，两端是钨制灯丝，灯管中添加少数的汞，并充入氩气等惰性气体。电路接通后，电流流经灯丝，很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作激烈的磕碰，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作磕碰。磕碰的结果，很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，随即产生荧光或许磷光表象。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。
由于依靠冷发光原理提供照明，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提供10，000小时的照明。不过人们仍然不满足这样的数字，所以又开发了另一种借助冷发光原理的灯具——发光二极管。