LED运用于工业内窥镜

    一般内窥镜均采用独立冷光源（什么是冷光源？冷光源如何界定？），并由光纤把光线传至检查位置上。为达到较好的照明效果，对光源和光纤的要求都很高。同三维在便携式内窥镜系统设计过程中，用一种功率较低的高亮度发光二极管(LED)进行照明，以解决光源问题。

　　在电灯发明100多年之后，照明技术的进步使电灯也面临着严重的威胁。为了实现从传统的电灯照明到LED(Light-emitting diode，发光二极管)照明的过渡，主要的光源制造商正在加强和LED制造商的联合。与那些动辄一年甚至半年就更新一代的消费电子产品相比，灯泡实在太寂寞了。距离爱迪生发明第一只钨丝电灯泡已经过去了整整132年，但照明技术的革命性变化却屈指可数，更别提颠覆性的突破了。白炽灯、卤钨灯光效为12～24流明/瓦，荧光灯50～70流明/瓦，钠灯90～140流明/瓦，大部分的耗电变成热量损耗。LED光效经改良后将达到达50～200流明/瓦，而且其光的单色性好、光谱窄，无需过滤可直接发出有色可见光。

　　以“半导体晶片+荧光粉”为核心的LED照明最早出现于1962年的GE公司，它最早应用于收音机、小型计算机和电子手表上，被搬到照明领域只是最近几年的事。

　　LED的光学原理

　　我们知道，发光是一种能量转换现象。当系统受到外界激发后，会从稳定的低能态跃迁到不稳定的高能态。当系统由不稳定的高能态重新回到稳定的低能态时，如果多余的能量以光的形式辐射出来，就产生发光现象。半导体发光二极管利用注入PN结的少数载流子与多数载流子复合，从而发出可见光，是一种直接把电能转化为光能的发光器件。从半导体中得到电致发光。在20世纪60年代中期，首先出现了商用化的红色发光二极管。

　　发光二极管的结构主要由PN结芯片、电极和光学系统组成。当在电极上加上正向偏压之后，使电子和空穴分别注入P区和N区，当非平衡少数载流子与多数载流子复合时，就会以辐射光子的形式将多余的能量转化为光能。其发光过程包括三个部分：正向偏压下的载流子注入、复合辐射和光能传输。发光二极管有许多的优点：工作电压低，耗电量少;性能稳定，寿命长(一般为10 万到1000万小时);抗冲击，耐振动性强;重量轻，体积小，成本低。

　　目前的发光二极管主要用于显示器件和短距离、低速率的光纤通信用光源，如各种仪器仪表指示器的文字、数字及其他符号的显示等。由于亮度和颜色等原因，目前LED还不能用于通用的照明，而这正是LED未来的一个非常重要的发展方向。

　　白色LED

　　1998年发白光的LED开发成功。这种LED是将GaN芯片和钇铝石榴石(YAG)封装在一起做成。GaN芯片发蓝光(λp=465nm，Wd=30nm)，高温烧结制成的含Ce3+的YAG荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光发射，峰值550nm。蓝光LED基片安装在碗形反射腔中，覆盖以混有YAG的树脂薄层，约200-500nm。 LED基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收，另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合，可以得到得白光。

　　同三维高亮度的LED照明光源避免了长距离传输亮度的衰减，确保为视频内窥镜提供充足的光源,“LED电子内窥镜”采用内置轻便小巧的白色LED光源作为照明光源，省去了笨重的冷光源，消耗能量较同光效的白炽灯减少80% ，供电电压在6-24V之间(根据内窥镜产品不同而异)。

　　由于LED电子视频内窥镜”采用白色LED光源，光源的照度在工作范围内达到300LUX以上。LED光源有人称它为长寿灯，意为永不熄灭的灯。固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，使用寿命可达6万到10万小时，比传统光源寿命长10倍以上。

　　白色LED的效率

　　无论我们选择哪一种方法来产生白光，如果想取代电灯泡，所采用的LED灯必须可以发出更多的光，必须具有更高的能量效率。白光LED每瓦特的电能消耗可以产生10个流明(用来测量光强的单位)的照明，与白炽灯泡的效率相当。白光LED大约有10%的电能转化为光能，而白炽灯泡的转化效率是7%-8%。

　　用于照明的普通白光LED 有效使用寿命也在2 万小时以上，号称零光衰的专用照明LED 则寿命更长。 LED 灯具使用寿命可达5~10 年，发光体之所以有光衰，是因为大部分发光体的材质在经过长时间工作后产生老化而至，老化越严重发光效率就越低，光衰就越大，所以要控制光衰的速度就要选择品质好的发光材质和元件，还有电路设计时要尽量控制发光材质的温度，发光材质的温度控制也将对降低光衰起到很明显的作用。