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2014年诺贝尔物理学奖与LED智能照明
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2014年诺贝尔物理学奖与LED智能照明

  (2014年度诺贝尔物理学奖授予日本名古屋大学的赤崎勇,天野浩以及美国加州大学圣巴巴拉分校的中村修二,以表彰他们在发明一种新型高效节能光源方面的贡献,即蓝色发光二极管。

  什么是LED?这个缩写词的原文是light-emitting diode,对应的中文是“发光二极管”。即使我们用中文,很多人照样不明白其意思。这样说也许大家都会明白:LED就是电视遥控器上那个发出红外信号的灯。这种灯既不是传统的白炽灯,也不是现在流行的荧光灯(所谓节能灯也是荧光灯),而是一种半导体做成的灯。

  在我小时候,那时我们家还用效率低下的白炽灯的时候,我就读过与LED多多少少有关的物理,这些物理藏在我妈读中专时的一本教科书中,其中提到了场致发光。可以说,LED的发光原理就是一种场致发光:你将电压加在某种半导体做成二极管上,它就发光了。二极管的材料不同发出的光就不同,有的发出红外光,有的发出红光,有的发出黄光,而三位日本人的功劳是发现发出蓝光的二极管。二极管的单向导电性的原理很简单,就是因为一端有游离的电子,另一端有游离的电子空穴(这个名字有点儿学术,用离子可能更通俗些)。好了,如果你给二极管加上电压,那么电子向电压高的地方跑,空穴向电压低的地方跑,它们碰到一起就“湮灭”发光。事实是,电子填补了空穴,能量降低了,多余的能量变成光被抛出来了。能量越高,发出的光的波长就越短。也就是说,红外光的能量最小,现在的紫外LED的光能量最高。由于高亮度蓝光LED的出现,很快出现了白光LED。现在,最流行的白光LED并不是三原色LED的组合,而是在蓝光LED上覆盖一层淡黄色荧光粉涂层。 LED光源与传统光源相比具有节能等优势。红光LED和绿光LED早已发明,但长期以来制造蓝光LED成为一个难题,缺少了三原色中的蓝色,就无法获得可用于照明的白色LED光源。

深圳风彩   LED与白炽灯相比有几个优点,第一当然是发光效率高,一个白炽灯的电能转化为光能的转化率在10%左右,而LED的效率高达60%,比荧光灯还高。第二个优点是需要的电压很低,几个伏特就行了。第三个优点是寿命长,白炽灯的寿命是一千小时左右,LED寿命高达十万小时(十年以上)。不过,LED目前用在家庭照明上还不多,主要原因是成本太高。

  据说,LED效率的提高速度也遵从摩尔定律,也就是说,每过三年就提高一倍。而成本呢?据说每过十年一个流明的成本就降低十倍,而每个LED封装的亮度提高20倍,这个定律叫海兹定律(Haitz's law)。如果这个定律继续成立,到了2020年,LED光源将成为最便宜的光源,假如届时全世界都用上LED,全世界用于照明的耗电将减少一半。

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