LED 照明專題介紹

LED日光燈管(LED Tube)

前言

自古以來，人類不斷在追求光芒。最早，從原始人用火把產生光芒，到燃燒煤炭產生光芒，在進步到煤氣燈，這段時間都離不開
火的燃燒。直到1879 年的10月愛迪生發明了電燈泡，人類終於找到了使用電這種新能源來發光的方法，隨著科技的進步到了現
在，ＬＥＤ（Light Emitting Diode）的發明更是逐漸的取代傳統電燈泡，這一切一切的進步使的我們現在的生活更加方便、並且
減少了許多的空氣汙然和水銀電燈泡的重金屬汙染。

傳統日光燈的發光原理

日光燈管簡單的說是個密閉的氣體放電管。管內的主要氣體為氬(argon)氣另包含氖(neon)或氪(krypton)等…惰性氣體。氣壓約大氣的0.3%。另外包含幾滴水銀形成微量的水銀蒸氣。水銀原子約佔所有氣體原子的千分之一的比例。電源開關剛閉合時，日光燈管內的水銀經燈管兩端燈絲加熱蒸發，形成稀薄的汞蒸汽，整流器產生的高壓加在燈管兩端，使汞原子電離出電子，電子加速後與汞原子碰撞，使氣體迅速擊穿，產生弧光放電，激發紫外線。紫外線再激發塗在管壁上的螢光粉，發出柔和的光。因此，日光燈螢光粉是通過直接吸收一個紫外光光子的能量激發而發光的。不同的螢光物質會發出不同的可見光。一般紫外光轉換為可見光的效率約為40%。

日光燈紫外光可能外洩輻射量

「日光燈」是靠著燈管的汞原子藉由「氣體放電」的過程釋放出紫外光。（主要波長 2537 埃 =2537x10-10m =253.7nm）。消耗的電能約 60% 可以轉換為紫外光，其他的能量則轉換為熱能約 40%。藉由燈管內表面的螢光物質吸收紫外光後釋放出可見光。不同的螢光物質會發出不同的可見光。一般「紫外光」轉換為「可見光」的效率約為 40% 。因此日光燈的效率約為 60% X 40% = 24% 大約為相同功率鎢絲電燈的三～五倍。100%-(40% ＋ 24%)=36%（ UV-C,253.7nm 的紫外光未被轉換成其他能量而直接輻射在玻璃管壁）。 36% 的紫外線通過玻璃燈管壁大約衰竭 94% ，所以可能會有 36 % X6%=2.16% 的 UV-C通過玻璃燈管。 UV-C 對人體已經算是 Deep UV，傷害極大。Ge 奇異公司建議人類曝漏於日光燈下不要超過 16 小時。紫外線對於人體的傷害是終生累積的總量。

LED燈的發光原理

發光二極體是一種特殊的二極體。和普通的二極體一樣，發光二極體由半導體晶片組成，這些半導體材料會預先透過注入或
攙雜等工藝以產生p、n 架構。與其它二極體一樣，發光二極體中電流可以輕易地從p 極（陽極）流向n 極（負極），而相反
方向則不能。兩種不同的載流子：電洞和電子在不同的電極電壓作用下從電極流向pn 結。當電洞和電子相遇而產生複合，電
子會跌落到較低的能階，同時以光子的模式釋放出能量。它所發出的光的波長（決定顏色），是由組成pn 結構的半導體物料
的禁帶能量決定。由於矽和鍺是間接帶隙材料，在這些材料在常溫下電子與電洞的複合是非輻射躍遷，此類躍遷沒有釋出光子，
所以矽和鍺二極體不能發光。但在極低溫的特定溫度下則會發光，必須特殊角度才可發現，該發光的亮度不明顯。發光二極
體所用的材料都是直接帶隙型的，這些禁帶能量對應著近紅外線、可見光、或近紫外線波段的光能量。

發展初期，採用砷化鎵(GaAs)的發光二極體只能發出紅外線或紅光。隨著材料科學的進步，各種顏色的發光二極體，現今皆可製造。
以下是發光二極體的無機半導體原料及發光顏色：
 鋁砷化鎵(AlGaAs) ：紅色及紅外線
 鋁磷化鎵(AlGaP)：綠色
 磷化銦鎵鋁(AlGaInP) ：高亮度的橘紅色，橙色，黃色，黃綠色
 磷砷化鎵(GaAsP)：紅色，橘紅色，黃色
 磷化鎵(GaP) ：紅色，黃色，綠色
 氮化鎵(GaN)：綠色，翠綠色，藍色
 銦氮化鎵(InGaN) ：近紫外線，藍綠色，藍色
 碳化矽(SiC) ：(用作襯底) - 藍色
 矽(Si) (用作襯底)：藍色(開發中)
 藍寶石(Al2O3)：(用作襯底) - 藍色
 硒化鋅(ZnSe)：藍色
 鑽石(C)：紫外線
 氮化鋁(AlN), 鋁氮化鎵(AlGaN) ：波長為遠至近的紫外線