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蓝光LED引发第二次照明革命

2018-10-28 12:29:51

蓝光LED引发第二次照明革命

原标题:蓝光LED引发第二次照明革命

现在,我们随处可见LED(发光二极管)的“倩影”:它在我们的电脑前面闪烁;在城市的霓虹灯中展露其灿烂的笑脸;它是黑暗中新型手电里的一束光;也组成了广场中央的电视墙……城市和世界的光彩来自于科学家的心血。

据诺贝尔官方站消息,日本科学家赤崎勇、天野浩和美籍日裔科学家中村修二因发明“高亮度蓝色发光二极管”荣膺2014年诺贝尔物理学奖,诺贝尔奖评选委员会在声明中表示,三位获奖者在发明新型高效、环境友好型光源,即蓝光LED方面做出了巨大的贡献。借用蓝光LED,白光可以以新的方式被创造出来。使用LED灯,我们可以拥有更持久和高效的灯光代替原来的光源,不仅能为人类节省大量能源,也能照亮全球更多地方。

蓝光LED,姗姗来迟

1907年,在英国马可尼电子公司工作的英国工程师亨利约瑟夫-劳德次在一块碳化硅晶体里观察到电致发光现象。他在一块碳化硅晶体的两个触点之间施加了电压,结果发现:在低电压下,可以看到黄光;而在高电压下,可以看到更多颜色的光,这种“电致发光”现象也奠定了LED被发明的物理基础。

1962年,美国通用电气公司34岁的普通研究人员尼克何伦亚克发明了可以发出红色可见光的LED,他的名字也随LED的红光一起红了起来。由于何伦亚克的发明后来得到了广泛的应用,所以一般称他为“发光二极管之父”。1972年,何伦亚克的学生乔治克劳福德站在巨人的肩膀上,发明了颗橙黄光LED,其亮度是先前红光LED的10倍,这标志着LED向提高发光效率方向迈出的步。

到了20世纪70年代末期,LED已经出现了红、橙、黄、绿、翠绿等颜色,并被用于机器仪器的显示光源,但依然没有蓝光LED。由于光的三原色中包含有红、绿、蓝,蓝色光源的缺失,使得照明的白色光源总是无法获得。蓝光LED的市场价值巨大,也是当时世界性的攻关难题,引无数科学英雄竞折腰。

1973年,当时在日本松下电器公司东京研究所的赤崎勇早开始了蓝光LED的研究。后来,赤崎勇和天野浩在名古屋大学合作进行了蓝光LED的基础性研发,1989年首次研发成功了蓝光LED。

1993年,在日本日亚化工(Nichia Corporation)工作的39岁的中村修二终于发明了基于氮化镓和铟氮化镓的具有商业应用价值的蓝光LED,从而引发了照明技术的新革命。凭借此项发明,他荣获2006年千禧科技奖,这相当于科技界的诺贝尔!不久之后,人们在蓝光LED的基础上加入黄色荧光粉,就得到了白色光LED,利用这种荧光粉技术可以制造出任何颜色光的LED(如紫色光和粉红色光)。蓝光和白光LED的出现拓宽了LED的应用领域,使全彩色LED显示、LED照明等应用成为可能。

年轻有为前途无量

目前,照明技术正在经历一场前所未有的变革,也就是从灯泡和荧光灯到LED的变革。1879年,美国发明家托马斯爱迪生发明了灯泡,1882年初春,批实用的白炽灯终于问世了,它给千家万户带来了光明和欢乐,白炽灯是爱迪生对人类辉煌的贡献之一。但爱迪生发明的白炽灯也有缺点,就是其效率很低,约等16流明/瓦,相当于仅有4%的电能转化为光能。1900年,彼得库珀-休伊特于发明了荧光灯,其效率高达70流明/瓦。目前的白光LED则超过300流明/瓦,

被用于照明的白光LED常常建立在高亮度的蓝光LED的基础之上,后者能激发一个荧光磷,这样蓝色的光被转化成白色的光。这些高质量的LED的寿命长达10万小时,相比之下,荧光灯的寿命是其十分之一,而白炽灯的寿命为其百分之一。白光LED的成本逐渐降低,市场也在急遽扩张。在不久的将来,三色LED可能会取代蓝光LED和荧光磷的组合用于高亮度照明,这一技术将使得我们可以对颜色组成进行动态控制。现在,我们在LED市场上就能看到各种新奇的颜色,如浅绿色和粉红色等。

另外,鉴于照明占据全球整个电能消耗的20%—30%,而新的白光LED的能耗仅为普通灯泡的十分之一,所以,白光LED的使用能为人类节省大量的能源。同时,由于LED的寿命长达10万个小时,和白炽灯泡的1000个小时以及荧光灯的1万个小时相比,LED又帮助节省了材料的消耗。

今天,基于氮化镓的LED已经成为很多、平板电脑、计算机监视设备、电视屏幕等的背照液晶显示器的关键技术。发出蓝光和紫外线的氮化镓二极管激光器也被用于高密度的DVD内,大大促进了音乐、图片和电影存储技术的发展。未来,人们或许可以使用发紫外线的氮化镓铝/氮化镓LED来净化水,因为紫外线可以杀死细菌、病毒以及微生物的DNA。另外,世界上缺乏电的人口将超过15亿,LED灯的出现给他们带来了希望,因为LED的低功耗,一些当地的廉价太阳能就足以为其供电。

尽管只有20岁,但蓝光LED给人类带来了极大的福祉,也实现了诺贝尔奖创始人阿尔弗雷德诺贝尔为人类造福的遗愿,得奖可谓实至名归。诺贝尔奖评选委员会在关于获奖成就的声明中指出:“白炽灯照亮了20世纪,那么21世纪将是被LED灯照亮的。”

LED到底能发展多远,不得而知。也许某天就能开发出能发X射线的LED。早期的LED只能应用于指示灯、计算器显示屏和数码手表,但现在开始出现在超亮度的领域。大功率LED器件是目前新兴的LED产品,主要被用在照明方面,但这项技术目前还不是很成熟,主要是因为大功率LED虽然亮度高,但发热量也大,“身价不菲”。

从1907年半导体PN结发光理论的提出,到今天LED技术的无处不在,期间经历了一个多世纪,包括赤崎勇、天野浩和中村修二等在内的无数科学家为LED的发展付出了巨大的心血,LED所带来的经济效益和社会效益将是无法比拟的。

原标题:蓝光LED引发第二次照明革命

稿源:人民

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