馬迪

2014年的諾貝爾物理獎(jiǎng)一反過(guò)去“根本看不懂”的常態(tài)，頒發(fā)給了人民群眾喜聞樂(lè)見(jiàn)的藍(lán)光LED發(fā)明者們，可謂是相當(dāng)接地氣。說(shuō)到LED，人們已經(jīng)相當(dāng)熟悉，大到街頭的大屏幕、紅綠燈，小到幾乎所有電子產(chǎn)品上都有配置的指示燈，我們的生活早已經(jīng)離不開(kāi)LED了。但它真的像瑞典皇家科學(xué)院所說(shuō)的“開(kāi)啟了一場(chǎng)照明革命，將照亮21世紀(jì)”那么偉大嗎？

獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷的藍(lán)光LED

Light Emitting Diode，縮寫(xiě)為L(zhǎng)ED，譯為發(fā)光二極管，是一種半導(dǎo)體組件。早在1927年便有人發(fā)現(xiàn)了將電壓加在某種半導(dǎo)體做的二極管上，它就會(huì)發(fā)光。而二極管的材料不同，發(fā)出的光也不同。1961年，兩個(gè)美國(guó)人發(fā)現(xiàn)砷化鎵在加上電流時(shí)會(huì)發(fā)射紅外光，他們注冊(cè)了專(zhuān)利并將這種技術(shù)投入應(yīng)用。次年，第一個(gè)紅色可見(jiàn)光LED被發(fā)現(xiàn)，再過(guò)10年，也就是1972年，第一個(gè)黃光LED被發(fā)現(xiàn)，同時(shí)，LED的亮度被提高了10倍。

紅光和黃光LED登場(chǎng)雖早，姍姍來(lái)遲的藍(lán)光LED卻成了最大的贏家。因?yàn)樽鳛槿?，沒(méi)有藍(lán)光LED，白光燈就無(wú)法制造出來(lái)。整整30年間，藍(lán)光LED的研究進(jìn)展甚微，成為卡住整個(gè)LED照明顯示產(chǎn)業(yè)的瓶頸。直到20世紀(jì)90年代初期，中村修二等人用氮化鎵制出了亮度很高的藍(lán)光LED，才補(bǔ)足了光譜上最后一塊缺口?？梢哉f(shuō)，是藍(lán)光LED讓LED從紅綠色的小指示燈走向“照亮全世界”的光明大道。這也是為何藍(lán)光LED研究能夠獲得諾貝爾獎(jiǎng)的原因。

點(diǎn)亮21世紀(jì)的新型光源

由于LED對(duì)電流的通過(guò)非常敏感，極小的電流就可以讓它發(fā)光，而且體積小、壽命長(zhǎng)，能夠長(zhǎng)時(shí)間閃爍而不損壞，因此早期廣泛用于電子產(chǎn)品的指示燈。我們?cè)陔娮赢a(chǎn)品上看到的綠豆般大小能夠快速閃爍的指示燈，一般都是由LED做成的。

藍(lán)光LED問(wèn)世后，事情的進(jìn)展就順利多了——藍(lán)光LED配合黃色熒光粉制成的白光照明大行其道，LED開(kāi)始作為照明燈在各個(gè)領(lǐng)域大顯身手：便攜燈具、汽車(chē)用燈、路燈、水底燈、建筑裝飾照明、投影儀光源、以及特殊工作照明和軍事運(yùn)用等，LED還逐漸走入家庭，已有取代白熾燈和熒光燈的趨勢(shì)。

LED的另一個(gè)重要角色是作為背光光源，具有壽命長(zhǎng)、發(fā)光效率高、無(wú)干擾和性?xún)r(jià)比高等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品中，如筆記本電腦、手機(jī)、平板電視、顯示器、電子手表？？不勝枚舉。隨著電子產(chǎn)品日趨小型化和輕薄化，LED背光源優(yōu)勢(shì)更顯著。LG推出的最新款LED電視厚度只有6.9mm，不到一支鉛筆的厚度，很大程度上也要?dú)w功于LED。

LED被譽(yù)為“21世紀(jì)的新型光源”，優(yōu)勢(shì)十分明顯。第一當(dāng)然是發(fā)光效率高，也就是節(jié)能。以每個(gè)電力輸入單位（以瓦特計(jì)）帶來(lái)的光通量（以流明計(jì)）來(lái)做橫向比較可以發(fā)現(xiàn)，白熾燈的效率只有16流明/瓦特，熒光燈也不過(guò)70流明/瓦特。而最近LED創(chuàng)造的紀(jì)錄超過(guò)了300流明/瓦特。而由于全球電力的近1/4都用在照明上，LED將為節(jié)約資源貢獻(xiàn)良多。

第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是需要的電壓很低，幾個(gè)伏特就行了。廉價(jià)的本地太陽(yáng)能就能給LED燈供電，對(duì)全球15億無(wú)法接通電網(wǎng)的人們來(lái)說(shuō)無(wú)疑是極好的。

第三個(gè)優(yōu)點(diǎn)是壽命長(zhǎng)，白熾燈的壽命是1000小時(shí)左右，熒光燈可用1萬(wàn)小時(shí)，LED的壽命則高達(dá)10萬(wàn)小時(shí)（10年以上）。事實(shí)上，作為指示燈的小型LED常常超期服役，有的甚至能用30年。

新的研究從未止步

LED雖然號(hào)稱(chēng)長(zhǎng)壽，但用于照明的高亮度LED卻因?yàn)楫a(chǎn)生熱量過(guò)高，可能會(huì)犧牲好幾年的使用壽命。美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員最近宣布，他們已經(jīng)利用一種石墨泡沫材料制成散熱片，導(dǎo)熱性能據(jù)說(shuō)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的金屬散熱片，甚至能讓高亮度LED的運(yùn)作溫度降到像儀表板LED指示燈那樣的水平，使它們用得更久。研究人員認(rèn)為，LED運(yùn)作溫度降10度，就能讓其使用壽命延長(zhǎng)1倍。

近年來(lái)，基于LED的可見(jiàn)光通信技術(shù)（Visible Light Communications，VLC）進(jìn)展神速，只要在任何的LED中增加一個(gè)微芯片，便可讓它變成無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)射器，這就是Li-Fi。微芯片控制LED燈泡的明滅，將二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼成光信號(hào)：燈亮表示1，燈滅表示0。每秒數(shù)百萬(wàn)次的閃爍只有光敏接收器才能探測(cè)，裸眼根本無(wú)法察覺(jué)。在打開(kāi)電燈的同時(shí)，也就連上了互聯(lián)網(wǎng)，豈不美哉。

另外，LED開(kāi)關(guān)時(shí)速度慢的問(wèn)題也得到了解決。為了實(shí)現(xiàn)基于LED的光通信，美國(guó)杜克大學(xué)研究人員最新研制出超快LED，打破了熒光分子發(fā)射光子的速度紀(jì)錄，是普通級(jí)的1000倍，朝著實(shí)現(xiàn)超快速LED邁出了重要一步。

就像芯片界信奉摩爾定律一樣，LED界有自己的海茲定律，即每過(guò)10年，1個(gè)流明的成本就降低10倍。如果這個(gè)定律繼續(xù)成立，到了2020年，LED將成為全世界都用得起的最便宜的光源，全世界用于照明的耗電將減少一半。“對(duì)全人類(lèi)帶來(lái)巨大益處的發(fā)明”這樣的評(píng)價(jià)并不為過(guò)。