LED燈照亮21世紀(jì)

楊先碧

人工點(diǎn)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(rèn)為第二次照明領(lǐng)域的革命。現(xiàn)在，環(huán)保、節(jié)能的LED照明則標(biāo)志著第三次照明革命的到來。

由于在LED照明上的貢獻(xiàn)，3名科學(xué)家獲得了2014年諾貝爾物理學(xué)獎。他們分別是美籍日裔科學(xué)家中村修二和日本科學(xué)家赤崎勇、天野浩。在頒獎詞中，諾貝爾獎委員會寫道：“白熾燈照亮20世紀(jì)，而LED燈將照亮21世紀(jì)。”

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。利用LED制成的燈泡叫LED燈，是電力照明史上繼白熾燈、熒光燈之后又一突破性產(chǎn)品。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、安全低壓、節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)勢，作為一種新型照明手段進(jìn)入了科學(xué)家的視野。

既然LED早在1962年就誕生了，為何如今我們?nèi)粘Ｉ钪械臒襞葸€大多不是LED燈呢？這是因?yàn)長ED誕生之初并不適合日常照明。最初，LED只是作為電器中的指示燈和戶外大型的電子顯示板，或者用在裝飾領(lǐng)域充當(dāng)輔助光源的角色。最早發(fā)明的LED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。照明用的白光需要用紅光、綠光和藍(lán)光調(diào)和而成，但是如何制造藍(lán)光LED一直是個大難題。

直到30多年后，即20世紀(jì)90年代，這個難題才被中村修二、赤崎勇、天野浩這3名科學(xué)家攻克。諾貝爾獎委員會主席、瑞典查爾姆斯理工大學(xué)的皮爾·德爾辛教授介紹了此次獲獎人成果的來之不易，他說：“有趣的是，很多大公司此前曾嘗試做這件事，但他們都失敗了。這幾個人就是堅(jiān)持著不肯放棄，他們一次又一次地實(shí)驗(yàn)，并最終取得了成功。”

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燈有幾十個方塊狀半導(dǎo)體晶片。

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。大多數(shù)緊湊型熒光燈在外觀上和白熾燈、LED燈不太相同，它的燈泡是幾根U形燈管，或是一根螺旋形燈管。這種熒光燈是在原來長長的日光燈管基礎(chǔ)上縮小的一種熒光燈，這也是超市中還在熱賣的節(jié)能燈。既然我們已經(jīng)有了熒光燈這種節(jié)能燈，為何還要制造和使用LED燈呢？這是因?yàn)闊晒夤?jié)能燈充填了低壓汞蒸氣，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(dá)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，一盞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，那就是它沒有LED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。如果從照明效率來看，油燈的效率是0.1，白熾燈的效率是16，熒光燈的效率是70，LED燈的效率是300。由此可見，LED燈是目前最節(jié)能的燈具。

大勢所趨

統(tǒng)計(jì)資料表明，我國目前每年用于照明的電力接近2 500億度，如果其中1/3采用LED燈照明，每年可節(jié)電800億度左右，相當(dāng)于三峽電站的年發(fā)電量。美國能源部門預(yù)測，如果美國日常照明全部用LED燈，每年節(jié)電費(fèi)用600億美元。由于LED燈具有節(jié)能、長壽命、免維護(hù)、易控制、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，LED燈進(jìn)入日常照明領(lǐng)域已是大勢所趨。

如今，LED燈用途越來越廣泛，除了用于日常照明外，還常用于戶外和舞臺的裝飾性照明，因?yàn)樗鼈兛梢园l(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(jī)、電腦、手機(jī)等的顯示照明。我們熟知的LED電視機(jī)、LED顯示屏，用的就是LED燈。

目前，不少國家都在推廣LED燈，一些國家已把LED照明產(chǎn)業(yè)列入國家發(fā)展計(jì)劃時(shí)間表。中國發(fā)起了“國家LED照明工程”，美國啟動了“國家LED照明”計(jì)劃，歐盟啟動了“彩虹”計(jì)劃，日本啟動了“21世紀(jì)光”計(jì)劃。LED燈還將幫助全球邊遠(yuǎn)山區(qū)或者不發(fā)達(dá)地區(qū)超過15億人告別沒有照明的時(shí)代，因?yàn)長ED燈更低的能耗將讓采用當(dāng)?shù)靥柲苄⌒碗娬倦娏?shí)現(xiàn)照明成為可能。

100萬年前，人類祖先用火照亮夜晚。1.7萬年前，原始人發(fā)明了油燈。100多年前，愛迪生發(fā)明的白熾燈引發(fā)電力照明革命。正如諾貝爾評獎委員會所說的那樣，如果說白熾燈點(diǎn)亮了20世紀(jì)，那么21世紀(jì)將閃耀在LED燈之下。