【正文】 發(fā)光效率 （ lm/W） 顯色指數(shù) （ Ra） 色溫 （ K） 平均壽命 （ h） 白熾燈 10 100 2700 10001500 鹵鎢燈 20 100 3200 18003000 普通熒光燈 70 70 260010000 10000 三基色熒光屏 93 8085 260010000 12020 白光 LED 6580 85 260010000 2020060000 現(xiàn)如今，傳統(tǒng)光源與 LED 光源在不同的領(lǐng)域應(yīng)用情況也有所 差異 。 圖 LED 與傳統(tǒng)光源的發(fā)光效率對(duì)比 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 綜上所述，可知 LED光源在眾多光源中確實(shí)有著其突出的特點(diǎn)，如發(fā)光效率高，壽命長(zhǎng)，節(jié)能環(huán)保等。鹵鎢燈安裝 使用 簡(jiǎn)單 ， 制作工藝 也較為成熟，并且價(jià)格 便宜 ，加之 客戶 的 需求 習(xí)慣，鹵鎢燈在當(dāng)今還有一定的生存空間。 最后是鹵鎢燈，近 幾年 許多國(guó)家和地區(qū) 先后 制定了 禁止 白熾燈生產(chǎn)和使用的 法案 ，但鹵鎢燈卻未進(jìn)入限制的范疇 。 因?yàn)?熒光燈是發(fā)光效率較高的線狀光源， 操作 控制比較簡(jiǎn)便， 光色 較白熾燈更加 柔和 ，單個(gè)熒光燈的光通量可以達(dá)到幾千流明，因?yàn)槠淞炼确浅８?，所以目前的室?nèi)照明大多使用的是熒光燈，加之其價(jià)格 便宜 ，因此在目前的使用量不會(huì)減少，難以被 LED大規(guī)模 取代 。在節(jié)能環(huán)保的大潮中，越來越多的國(guó)家和地區(qū)已經(jīng)開始禁止白熾燈的生產(chǎn)與使用 ，白熾燈逐漸從照明市場(chǎng)被淘汰。白熾燈自發(fā)湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 明以來，盡管經(jīng)過了多次的改進(jìn)，但其光效仍然不高，其次是其玻殼易碎，難以長(zhǎng)期保存。 LED 光源與傳統(tǒng)光源的比較 與 LED 相比， 傳統(tǒng) 光源 的確 存在或多或少的缺點(diǎn)， LED 光源的 某些 特點(diǎn)是 一般 光源 不能取代 的。 在資源面臨枯竭，環(huán)境問題亟待解決的今天， LED憑 著 其亮度高、壽命長(zhǎng)、環(huán)保 節(jié)能等顯著優(yōu)勢(shì)，在各種照明光源中嶄露頭角。 圖 LED 交通信號(hào)燈 圖 實(shí)驗(yàn)儀器信號(hào)燈 發(fā)光二極管 成為 目前 最 具 潛力的新型光源， 正 日益引起人們 的 廣泛 關(guān)注 。 圖 LED 的顯示應(yīng)用 3．信號(hào)指示燈應(yīng)用：如交通指示燈、汽車轉(zhuǎn)向燈，在物理教學(xué)中，各種實(shí)驗(yàn)儀器的報(bào)警燈也大多是由 LED 制成。 2．顯示應(yīng)用： LED 光源亮度較高，可以應(yīng)用于商場(chǎng)宣傳、教育教學(xué)以及各種服務(wù)行業(yè)，如大屏幕顯示、指示牌、廣告牌等。 LED 產(chǎn)品在各行各業(yè)都有一定的應(yīng)用，大致可以分為以下三類： 圖 LED 在照明領(lǐng)域的應(yīng)用 1．照明應(yīng)用： LED 光源在家用照明、汽車照明、路燈照明、應(yīng)急照明等領(lǐng)域都有湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 廣泛的應(yīng)用，其中電子設(shè)備的背光源是其應(yīng)用最大的領(lǐng)域。近幾年隨著 LED 生產(chǎn)技術(shù)的不斷 革新 ， LED 的價(jià)格也有所 下跌 ，目前 LED 在國(guó)內(nèi)許多地區(qū)已經(jīng)投入使用， 因?yàn)?LED 光效較高 ，政府也一直提倡用 LED 路燈替代傳統(tǒng)路燈， 民眾 逐漸意識(shí)到 LED 光 源的優(yōu)點(diǎn)。 除中國(guó)外，美國(guó)、 日本、韓國(guó)等國(guó)家 及 地區(qū)，都相繼把 發(fā)光二極管 照明 列為 重點(diǎn)發(fā)展的高新技術(shù)，并先后 制定了 新型光源照明計(jì)劃，想要在這一 熱門 領(lǐng)域取得世界領(lǐng)先的水平 。 由于 電子的遷移率 比空穴高近 20 倍左右 ， 電子 便 很快從 N 區(qū) 移動(dòng) 到 P 區(qū) [8]；而 P 區(qū)因受主能級(jí)很深，并且形成了 雜質(zhì)能帶，因而減少了有效帶隙的寬度，電子易于湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 跌落到價(jià)帶與空穴復(fù)合并發(fā)光 。將正向電壓加在 PN 結(jié)區(qū)后，勢(shì)壘降低，大量的非平衡載流子（電子）從擴(kuò)散區(qū)注入，這些電子將從高能級(jí) EC跌落到低能級(jí) EV，并 和 價(jià)帶中的多數(shù)載流子（空穴）復(fù)合， 在這一 過程中，電子 從 高能級(jí) 跌落至 低能級(jí)要釋放一部分能量，釋放的方式為發(fā)輻射或發(fā)光，顯然發(fā)光 集中 在 了 P 區(qū)。 LED 是一種注入型電致發(fā)光器件，是由Ⅲ－Ⅳ族化合物在 Si 型襯底的外延生長(zhǎng)而形成 ，其主要部分是 PN 結(jié)。 ： LED 光源為冷光源，其工作時(shí)輻射少，熱量低，對(duì)人眼危害較小，可以安全觸摸，并且其發(fā)光光型和角度都易于準(zhǔn)確控制，光色比較柔和，不含危害健康的物質(zhì) [7]。 ：既有白光 LED，也有紅、 藍(lán) 、黃等多種色光的 LED，并且其光譜 大都較窄，單色性 相對(duì)較 好。 3. 能耗低： LED 的工作電壓一般為 ，工作電流一般為 ，故其功率較小，能耗較低。 ： LED 大都由一塊被 密封 在 透明 樹脂內(nèi)部的微型晶片 構(gòu)成 ， 尺寸 較小，使用方便。 LED 的特性及其工作原理 LED 具 備 許多突出的 特點(diǎn)，和一般的 光源相比，它的發(fā)展?jié)摿Ω?，用途更廣 。 LED 光源 LED 作為 綠色 節(jié)能的新時(shí)期照明光源，有著許多傳統(tǒng)光源 未曾有過的 優(yōu)點(diǎn)及用途。 圖 傳統(tǒng)光源在各種場(chǎng)所的應(yīng)用 傳統(tǒng)光源在照明領(lǐng)域一直有著舉足輕重的地位，隨著科技日新月異的發(fā)展，傳統(tǒng)光源逐漸朝著節(jié)能、高效、環(huán)保的方向不斷發(fā)展，即使在 LED 光源不斷普及的今天，傳湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 統(tǒng)光源任然占有一席之地。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 圖 低壓鈉燈結(jié)構(gòu) 圖 高壓鈉燈結(jié)構(gòu) 傳統(tǒng)光源的應(yīng)用與發(fā)展 人類社會(huì)自發(fā)現(xiàn)火并利用火 照明以來，走過了制造和使用油燈、煤氣燈和蠟燭 的漫長(zhǎng) 歲月 ，自 1879 年美國(guó)科學(xué)家 愛迪生發(fā)明第一盞電燈以來，人類在照明之路上一直不斷前進(jìn)。在恒定電壓條件下，電路中一般需要串聯(lián)一個(gè)穩(wěn) 壓器以保證燈泡 正常工作所需 的額定 電壓 。 高壓鈉燈大都由多晶氧化鋁管，鐵絲框架，電極 與 玻殼等 部分 組成， 燈管內(nèi)充 滿了鈉，汞蒸氣和 稀有 氣體。剛開始通電后，燈管呈現(xiàn)出 Ne 的特征紅光，隨著燈內(nèi)溫度逐漸升高，鈉開始蒸發(fā)并輻射出可見光。 低壓鈉燈是利用鈉 在低壓環(huán)境下放電 形成 可見光的電光源，其 正常 工作 時(shí)，燈內(nèi) 氣壓最多只有幾個(gè)帕。 圖 熒光燈結(jié)構(gòu) 4. 鈉燈 鈉燈是利用 固 體 鈉在高溫下形成蒸氣并 產(chǎn)生放電，從而 形成 肉眼 可見 的 光的電光源。芯柱起到固定燈絲的作用，同時(shí)與玻璃燈管相連形成密閉空間，燈管內(nèi)充滿了水銀蒸氣與惰性氣體 [5]。 熒光燈主要由燈絲和管型玻殼 構(gòu)成 ， 玻殼 內(nèi)側(cè) 涂有一層熒光 物質(zhì) ，燈絲又稱為陰極，上面涂有一層電子粉。在通電后，燈 內(nèi)的氣壓迅速降低， 氣態(tài) 汞在低氣壓的作用下會(huì)釋放紫外線，從而使玻殼 內(nèi)壁上的 熒光 物質(zhì)被激 活 ，并發(fā)出可見光。由于在鹵鎢燈中鎢的蒸發(fā)得到有效的抑制，玻殼的發(fā)黑現(xiàn)象也得到消除，所以燈絲工作溫度和發(fā)光效率都大大提高，燈泡的壽命也得到相應(yīng)延長(zhǎng) 。所以 鹵鎢燈的尺寸比白熾燈就要小很多，玻殼 只能 由耐 強(qiáng)熱 的石英玻璃或硬質(zhì)玻璃制成。這些鹵化物在高溫下極不穩(wěn)定，當(dāng)遇到 灼熱 的燈絲后迅速分解，又重新生成鎢回到了燈絲上 [4]。在普通白熾燈中， 高溫下蒸發(fā)的鎢容易在玻殼 內(nèi)表面 大量積淀 ，會(huì)產(chǎn)生使燈泡玻殼變黑的現(xiàn)象，從而使光的透過率下降 ，降低光效 。 2. 鹵鎢燈 鹵鎢燈也是白熾燈的一種。將其下端燒焊密封后，空氣就無法進(jìn)入燈內(nèi)了 。內(nèi)導(dǎo)絲用的作用是來導(dǎo)電與固定燈絲，一般由銅絲制成；外導(dǎo)絲的作用是連接燈頭以保證供電，也是由銅絲制成；內(nèi)、外導(dǎo)絲之間一段紅色的金屬絲即杜美絲，它同玻璃感柱密切結(jié)合，保證燈內(nèi)的密閉環(huán)境 。通電以后， 燈 絲溫度可以達(dá)到兩千攝氏度以上， 只要 玻殼內(nèi)存在 少許 空氣，鎢絲 就 會(huì)迅速被氧化成三氧化鎢并被燒斷。 燈絲： 目前 的燈絲一般由鎢絲構(gòu)成。 圖 白熾燈結(jié)構(gòu) 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 玻殼：外形呈圓球狀，由鉑組玻璃制成，它使燈絲和外界隔離，既能起到保護(hù)燈絲的作用，又能最大限度地保持光的透過率。 近年來白熾燈的生產(chǎn)技術(shù)已趨于完備，然而由于白熾燈燈絲所耗電量只有一小部分能轉(zhuǎn)化為可見光，其光效依然非常低，所以越來越多的國(guó)家和地區(qū)開始用其他 高效光源取代白熾燈， 白熾燈 逐漸 被 照明市場(chǎng) 拒之門外 。 傳統(tǒng)光源的種類 1. 白熾燈 白熾燈是 照明史上出現(xiàn)得 最早的電 燈 ， 它是通過將燈絲 升高 至 一定 溫度 ，然后 向外輻射 形成 可 光的。 傳統(tǒng)光源 傳統(tǒng)光源在我國(guó)出現(xiàn) 得比較早，應(yīng)用領(lǐng)域較為廣泛，其 主要包括以白熾燈、熒光燈和 鈉光 燈等為代表的 一般 照明光源。湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 第二章 LED 光源與傳統(tǒng)光源 本章簡(jiǎn)要介紹了傳統(tǒng)光源和 LED 光源的主要特征與工作原理，并指出了兩者各自的發(fā)展史和應(yīng)用情況。 第三章， LED 在物理實(shí)驗(yàn)中的 運(yùn) 用 ， 介紹 LED 光源在幾個(gè)物理實(shí)驗(yàn)中的 運(yùn) 用及其工作原理 ， 并分 析其 效果優(yōu)于傳統(tǒng)光源的 具體表現(xiàn) 。本文一共 四個(gè)章節(jié)， 具體結(jié)構(gòu)安排如下： 第一章，緒論， 對(duì)課題的背景來源、研究的意義和主要 內(nèi)容 作了簡(jiǎn)要說明 ，并對(duì)相關(guān)研究 的 現(xiàn)狀做簡(jiǎn)要分析。因此，如何將 LED很好地應(yīng)用到物理實(shí)驗(yàn)中 ， 對(duì)于節(jié)能環(huán)保 ， 提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性及安全性具有不容忽視的作用，同時(shí)對(duì)于 LED在我國(guó)的推廣也有著深遠(yuǎn)的意義。發(fā)光二極管除了具有以上優(yōu)點(diǎn)外 ， 還具有單向?qū)ㄐ浴⒐ぷ鞴?率小、顏色多樣等特性。隨著 科技的不斷創(chuàng)新 ， 產(chǎn)業(yè)的 不斷優(yōu)化， LED的光效也有了很大的提高，價(jià)格也 逐漸 走低。除此之外，這類光源發(fā)光效率普遍不高，使用壽命較短，安全性也不高 [2]。 物理學(xué)是一門研究物體結(jié)構(gòu)和相互作用的科學(xué)，它以觀察和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，實(shí)