在電燈發明100多年之后，照明技術的進步使電燈也面臨著嚴重的威脅。為了實現從傳統的電燈照明到LED(Light－emitting
diode，發光二極管)照明的過渡，主要的光源制造商正在加強和LED制造商的聯合。
LED的機理
我們知道，發光是一種能量轉換現象。當系統受到外界激發后，會從穩定的低能態躍遷到不穩定的高能態。當系統由不穩定的高能態重新回到穩定的低能態時，如果多余的能量以光的形式輻射出來，就產生發光現象。半導體發光二極管利用注入PN結的少數載流子與多數載流子復合，從而發出可見光，是一種直接把電能轉化為光能的發光器件。從半導體中得到電致發光。在20世紀60年代中期，首先出現了商用化的紅色發光二極管。
發光二極管的結構主要由PN結芯片、電極和光學系統組成。當在電極上加上正向偏壓之后，使電子和空穴分別注入P區和N區，當非平衡少數載流子與多數載流子復合時，就會以輻射光子的形式將多余的能量轉化為光能。其發光過程包括三個部分：正向偏壓下的載流子注入、復合輻射和光能傳輸。發光二極管有許多的優點：工作電壓低，耗電量少；性能穩定，壽命長(一般為10
萬到1000萬小時)；抗沖擊，耐振動性強；重量輕，體積小，成本低。
目前的發光二極管主要用于顯示器件和短距離、低速率的光纖通信用光源，如各種儀器儀表指示器的文字、數字及其他符號的顯示等。由于亮度和顏色等原因，目前LED還不能用于通用的照明，而這正是LED未來的一個非常重要的發展方向。
白色LED
第一個LED完成于20世紀60年代初。微小的半導體芯片被封裝在潔凈的環氧物中，當電子經過該芯片時，它就會發出單色光。帶負電的電子移動到帶正電的空穴區域并與之發生復合，電子和空穴消失的同時產生了一個光子。電子和空穴之間的能量差（帶隙）越大，產生的光子的能量就越高。光子的能量反過來與光的顏色相對應：在可見光的頻譜范圍內，藍色光和紫色光攜帶的能量最多，桔色光和紅色光攜帶的能量最少。不同的材料具有不同的帶隙，從而能夠發出不同顏色的光。
高亮度單色光的LED已經在市場上取得了進展。盡管它們與傳統的燈泡相比更加昂貴，但是它們的優點完全可以抵消其較高的價格，即它具有更高的性價比。首先，一個紅色LED的功耗僅僅是15瓦，而傳統的燈泡則高達150瓦。其次是LED壽命長，可達10年以上。單色LED體積小、功耗低、亮度強和熱量低的特點也非常適合用作汽車尾燈、航班警告燈和跑道燈等。但是照明工業和研究者們最感興趣的是白色LED。
這樣就提出了一個挑戰：怎樣才能從單色光LED中得到白光？一種方法是將不同顏色的LED
混合在一起產生白光。就像電視用熾熱的紅、綠、藍色熒光粉來產生各種顏色，當然也包括白色，恰當的LED組合也可以產生白光。標準組合是紅、綠、藍色二極管的組合，而最佳組合僅僅用藍色和桔色兩種LED即可。
第二種方法是用LED去激勵其它可以發出白光的材料。一種由氮化鎵組成的裝置可以發出藍色光，在這種裝置的內部涂上一層磷光劑，磷光劑在受到藍色光照射后會產生白光，從而實現了一個白光發射器。藍光光子具有更高的能量，足以觸發磷光劑發射白光。
波士頓大學光子研究中心的研究人員最近提出了一種白光二極管，它綜合了前面提到的兩種方法。他們的“光子再循環”裝置由兩個LED組成，它們在同一芯片上，由鋁煙鎵磷(AllnGaP)
半導體復合物制成的LED疊在發藍色光的氮化鎵LED之上。藍光撞擊AllnGaP層；一些藍色光子釋放能量并產生桔黃色的光子；其他的光子則通過AllnGaP合金層。選擇適當的材料和厚度就可以使通過的光子混合而產生白光。對于多芯片的設計，發光顏色可以通過對不同的二極管所加能量的不同任意進行調諧。但是在“光子再循環”裝置中，顏色永遠取決于所選的材料。
白色LED的效率
無論我們選擇哪一種方法來產生白光，如果想取代電燈泡，所采用的LED必須可以發出更多的光，必須具有更高的能量效率。白光LED每瓦特的電能消耗可以產生10個流明（用來測量光強的單位）的照明，與白熾燈泡的效率相當。白光LED大約有10%的電能轉化為光能，而白熾燈泡的轉化效率是7%－8%。但是，白色LED顯然要比白熾燈泡昂貴得多。
由AllnGaP半導體復合物制成的LED中，大約有90%的電子可以進入二極管并產生光子。不幸的是，這種半導體合金具有較高的折射率，因此不能使所有的光都發射出來用于照明，大部分被散射成無用的熱量，僅僅30%可以轉變為可見光。氮化鎵的折射率比較低，因此對由這種材料制成的LED而言，可以有更多的光從二極管射出。但是，由于在AllnGaP層中僅有30%的電能轉化成了光能，因此，最后的效率仍然僅僅是10%。這個效率用于交通燈是足夠了，但還不足以用于照明。
如果用不同的方法安排半導體層并把晶片切成斜面，就可以得到更好的效果。LumiLeds公司通過這種方法制成了一個倒置的棱椎從而使光子在二極管中的光程縮短。在實驗室中，
LumiLeds公司在由AllnGaP制造的LED中，得到了50%的光子輸出。他們希望該技術可以在今年進入商用。
這種AllnGaP發光二極管與熒光燈競爭應該是足夠了，但就本身而言，還遠遠不夠。由這種材料制造的裝置僅僅能產生藍色光和黃色光。用來產生白光的藍色光必須來源于氮化鎵，而這項技術僅僅是一個開始。
如果有政府的資助，到2025年LED將占到整個照明市場的一半。由于照明消耗占整個電力消耗的20%，因此大力發展LED技術將是節省能源的一個有效途徑。
LED必將是未來的照明設備
但是，LED如果想要在照明市場上占領較大的份額，就必須能發出適當色調的光。眾所周知，白熾燈泡具有非常強的黃色光成分，給人一種溫暖的感覺。但是白熒光粉、LED發出的白光明顯帶有藍色光成分。在這種白光LED的照明下，一切看起來都不太自然，與白天的情況相差太大。但是，技術正在不斷進步。將來，你可以隨手調節刻度盤以得到你認為最適宜的照明狀態。
