LED燈照亮21世紀

青云

人工點火開始了人類照明領(lǐng)域的第一次革命，而愛迪生發(fā)明的白熾燈被公認為第二次照明領(lǐng)域的革命?，F(xiàn)在，環(huán)保節(jié)能的LED照明則標志著第三次照明革命的到來。由于在LED照明上的貢獻，3名科學(xué)家獲得2014年諾貝爾物理學(xué)獎。

攻克難題

LED是英文Light Emitting Diode的縮寫，意思是發(fā)光二極管，是一種能將電能轉(zhuǎn)化為光能的半導(dǎo)體電子元件，人們把利用LED制成的燈泡叫LED燈。

1962年，世界上第一支LED誕生，它一出現(xiàn)就顯示出體積小、壽命長、安全節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)勢，被認為是電力照明史上的又一突破性產(chǎn)品。

既然LED早在1962年就誕生了，為何我們?nèi)粘Ｉ钪袥]有使用它呢？這是因為LED誕生之初并不適合日常照明，只是作為電器中的指示燈和用于戶外大型的電子顯示板，或者用在裝飾領(lǐng)域充當輔助光源，而且最早的LED也只能發(fā)出紅光，隨后有了綠光LED。LED要用于日常照明，必須得發(fā)出不刺激眼睛的白光，而照明用的白光需要用紅光、綠光和藍光調(diào)和而成，但是如何制造藍光LED一直是個大難題。

直到30多年后，即20世紀90年代，這個難題才被中村修二、赤崎勇和天野浩這3名科學(xué)家攻克。

曾經(jīng)有很多人研究制造藍光LED，當時的大多數(shù)研究者選擇了氧化鋅和硒化鋅作為發(fā)光材料。出于“做較少人做的題目才有發(fā)展機會”的想法，美籍日裔物理學(xué)家中村修二選擇了另一種材料——氮化鎵。和他做同樣選擇的還有日本名古屋大學(xué)的研究者赤崎勇和天野浩師徒。赤崎勇最早研究藍光LED是在1973年，1989年師徒二人首次研發(fā)成功了藍光LED。而中村修二讓藍光LED的發(fā)光強度逐漸增大，最終于1993年發(fā)明出高亮度LED，讓LED具有了開發(fā)成日常照明工具的潛質(zhì)。

節(jié)能環(huán)保

LED燈和白熾燈在外觀上有些類似。白熾燈靠燈絲發(fā)光，而LED燈靠半導(dǎo)體晶片發(fā)光。一盞白熾燈只有一根燈絲，而一盞LED燈則有幾十個方塊狀半導(dǎo)體晶片。

LED燈內(nèi)的發(fā)光半導(dǎo)體晶片由3部分組成：P型半導(dǎo)體層、N型半導(dǎo)體層和活性層。給半導(dǎo)體晶片通電之后，N型半導(dǎo)體中的電子和P型半導(dǎo)體中的空穴被推向活性層，電子和空穴結(jié)合在一起，以光子的形式發(fā)出能量，結(jié)果就產(chǎn)生明亮的光線了。在電流的作用下，電子和空穴會源源不斷地產(chǎn)生，LED燈就可以持續(xù)地發(fā)光了。

如今，我們家中幾乎很難看到白熾燈的身影了，用得比較多的是緊湊型熒光燈，也就是還在熱賣的節(jié)能燈。

既然我們已經(jīng)有了節(jié)能燈，為何還要制造和使用LED燈呢？這是因為熒光節(jié)能燈充填的低壓汞蒸氣會導(dǎo)致汞污染。熒光燈破碎后可使周圍空氣中的汞濃度達到10～20毫克/立方米，令人出現(xiàn)頭昏、咳嗽、發(fā)燒、呼吸困難、記憶力明顯減退等癥狀。如果把廢棄熒光燈作為垃圾埋到地下，一支熒光燈所含的汞就能直接造成180噸地下水的污染。

熒光節(jié)能燈將逐漸被淘汰還有一個重要的原因，就是它沒有LED燈的節(jié)能效果好。LED燈所產(chǎn)生的光譜中沒有紫外線、紅外線，沒有熱量和輻射，不會產(chǎn)生過多的光污染和熱污染，屬于典型的綠色照明光源，是目前最節(jié)能的燈具。

大勢所趨

統(tǒng)計資料表明，目前我國每年用于照明的電力接近2 500億千瓦時，如果其中三分之一采用LED燈照明，每年可節(jié)電約800億千瓦時，相當于三峽電站的年發(fā)電量。由于LED燈具有節(jié)能長壽、免維護、易控制和環(huán)保等優(yōu)點，LED燈進入日常照明領(lǐng)域已是大勢所趨。

如今，除了用于日常照明外，LED燈還常用于戶外和舞臺的裝飾性照明，因為它們可以發(fā)出多彩光線。另外，由于LED燈節(jié)能、光線柔和、開關(guān)速度很快，它們也逐漸用于電視機、電腦、手機等的顯示照明。我們熟知的LED電視機、LED顯示屏，用的是LED燈來照明。

目前，不少國家都在推廣LED燈，比如中國發(fā)起了“國家LED照明工程”。LED燈還將幫助全球邊遠山區(qū)或者不發(fā)達地區(qū)超過15億人告別沒有照明的時代，因為LED燈更低的能耗將讓采用當?shù)靥柲苄⌒碗娬倦娏崿F(xiàn)照明成為可能。

正如諾貝爾評獎委員會所說的那樣，如果說白熾燈點亮了20世紀，那么21世紀將閃耀在LED燈之下。