藍光LED引發(fā)第二次照明革命

    現(xiàn)在，我們隨處可見LED（發(fā)光二極管）的“倩影”：它在我們的電腦前面閃爍；在城市的霓虹燈中展露其燦爛的笑臉；它是黑暗中新型手電里的一束光；也組成了廣場中央的電視墻……城市和世界的光彩來自于科學家的心血。

    據(jù)諾貝爾官方網(wǎng)站消息，日本科學家赤崎勇、天野浩和美籍日裔科學家中村修二因發(fā)明“高亮度藍色發(fā)光二極管”榮膺2014年諾貝爾物理學獎，諾貝爾獎評選委員會在聲明中表示，三位獲獎者在發(fā)明新型高效、環(huán)境友好型光源，即藍光LED方面做出了巨大的貢獻。借用藍光LED，白光可以以新的方式被創(chuàng)造出來。使用LED燈，我們可以擁有更持久和高效的燈光代替原來的光源，不僅能為人類節(jié)省大量能源，也能照亮全球更多地方。

    藍光LED，姍姍來遲

    1907年，在英國馬可尼電子公司工作的英國工程師亨利·約瑟夫-勞德第一次在一塊碳化硅晶體里觀察到電致發(fā)光現(xiàn)象。他在一塊碳化硅晶體的兩個觸點之間施加了電壓，結果發(fā)現(xiàn)：在低電壓下，可以看到黃光；而在高電壓下，可以看到更多顏色的光，這種“電致發(fā)光”現(xiàn)象也奠定了LED被發(fā)明的物理基礎。

    1962年，美國通用電氣公司34歲的普通研究人員尼克·何倫亞克發(fā)明了可以發(fā)出紅色可見光的LED，他的名字也隨LED的紅光一起紅了起來。由于何倫亞克的發(fā)明后來得到了廣泛的應用，所以一般稱他為“發(fā)光二極管之父”。1972年，何倫亞克的學生喬治·克勞福德站在巨人的肩膀上，發(fā)明了第一顆橙黃光LED，其亮度是先前紅光LED的10倍，這標志著LED向提高發(fā)光效率方向邁出的第一步。

    到了20世紀70年代末期，LED已經(jīng)出現(xiàn)了紅、橙、黃、綠、翠綠等顏色，并被用于機器儀器的顯示光源，但依然沒有藍光LED。由于光的三原色中包含有紅、綠、藍，藍色光源的缺失，使得照明的白色光源總是無法獲得。藍光LED的市場價值巨大，也是當時世界性的攻關難題，引無數(shù)科學英雄競折腰。

    1973年，當時在日本松下電器公司東京研究所的赤崎勇最早開始了藍光LED的研究。后來，赤崎勇和天野浩在名古屋大學合作進行了藍光LED的基礎性研發(fā)，1989年首次研發(fā)成功了藍光LED。

    1993年，在日本日亞化工（Nichia Corporation）工作的39歲的中村修二終于發(fā)明了基于氮化鎵和銦氮化鎵的具有商業(yè)應用價值的藍光LED，從而引發(fā)了照明技術的新革命。憑借此項發(fā)明，他榮獲2006年千禧科技獎，這相當于科技界的諾貝爾！不久之后，人們在藍光LED的基礎上加入黃色熒光粉，就得到了白色光LED，利用這種熒光粉技術可以制造出任何顏色光的LED（如紫色光和粉紅色光）。藍光和白光LED的出現(xiàn)拓寬了LED的應用領域，使全彩色LED顯示、LED照明等應用成為可能。

    年輕有為 前途無量

    目前，照明技術正在經(jīng)歷一場前所未有的變革，也就是從燈泡和熒光燈到LED的變革。1879年，美國發(fā)明家托馬斯·愛迪生發(fā)明了燈泡，1882年初春，第一批實用的白熾燈終于問世了，它給千家萬戶帶來了光明和歡樂，白熾燈是愛迪生對人類最輝煌的貢獻之一。但愛迪生發(fā)明的白熾燈也有缺點，就是其效率很低，約等16流明/瓦，相當于僅有4%的電能轉化為光能。1900年，彼得·庫珀-休伊特于發(fā)明了熒光燈，其效率高達70流明/瓦。目前的白光LED則超過300流明/瓦，

    被用于照明的白光LED常常建立在高亮度的藍光LED的基礎之上，后者能激發(fā)一個熒光磷，這樣藍色的光被轉化成白色的光。這些高質(zhì)量的LED的壽命長達10萬小時，相比之下，熒光燈的壽命是其十分之一，而白熾燈的壽命為其百分之一。白光LED的成本逐漸降低，市場也在急遽擴張。在不久的將來，三色LED可能會取代藍光LED和熒光磷的組合用于高亮度照明，這一技術將使得我們可以對顏色組成進行動態(tài)控制。現(xiàn)在，我們在LED市場上就能看到各種新奇的顏色，如淺綠色和粉紅色等。

    另外，鑒于照明占據(jù)全球整個電能消耗的20%—30%，而新的白光LED的能耗僅為普通燈泡的十分之一，所以，白光LED的使用能為人類節(jié)省大量的能源。同時，由于LED的壽命長達10萬個小時，和白熾燈泡的1000個小時以及熒光燈的1萬個小時相比，LED又幫助節(jié)省了材料的消耗。

    今天，基于氮化鎵的LED已經(jīng)成為很多手機、平板電腦、計算機監(jiān)視設備、電視屏幕等的背照液晶顯示器的關鍵技術。發(fā)出藍光和紫外線的氮化鎵二極管激光器也被用于高密度的DVD內(nèi)，大大促進了音樂、圖片和電影存儲技術的發(fā)展。未來，人們或許可以使用發(fā)紫外線的氮化鎵鋁/氮化鎵LED來凈化水，因為紫外線可以殺死細菌、病毒以及微生物的DNA。另外，世界上缺乏電網(wǎng)的人口將超過15億，LED燈的出現(xiàn)給他們帶來了希望，因為LED的低功耗，一些當?shù)氐牧畠r太陽能就足以為其供電。

    盡管只有20歲，但藍光LED給人類帶來了極大的福祉，也實現(xiàn)了諾貝爾獎創(chuàng)始人阿爾弗雷德·諾貝爾為人類造福的遺愿，得獎可謂實至名歸。諾貝爾獎評選委員會在關于獲獎成就的聲明中指出：“白熾燈照亮了20世紀，那么21世紀將是被LED燈照亮的。”

    LED到底能發(fā)展多遠，不得而知。也許某天就能開發(fā)出能發(fā)X射線的LED。早期的LED只能應用于指示燈、計算器顯示屏和數(shù)碼手表，但現(xiàn)在開始出現(xiàn)在超亮度的領域。大功率LED器件是目前新興的LED產(chǎn)品，主要被用在照明方面，但這項技術目前還不是很成熟，主要是因為大功率LED雖然亮度高，但發(fā)熱量也大，“身價不菲”。