LED：看我照亮21世纪

马迪

2014年的诺贝尔物理奖一反过去“根本看不懂”的常态，颁发给了人民群众喜闻乐见的蓝光LED发明者们，可谓是相当接地气。说到LED，人们已经相当熟悉，大到街头的大屏幕、红绿灯，小到几乎所有电子产品上都有配置的指示灯，我们的生活早已经离不开LED了。但它真的像瑞典皇家科学院所说的“开启了一场照明革命，将照亮21世纪”那么伟大吗？

独领风骚的蓝光LED

Light Emitting Diode，缩写为LED，译为发光二极管，是一种半导体组件。早在1927年便有人发现了将电压加在某种半导体做的二极管上，它就会发光。而二极管的材料不同，发出的光也不同。1961年，两个美国人发现砷化镓在加上电流时会发射红外光，他们注册了专利并将这种技术投入应用。次年，第一个红色可见光LED被发现，再过10年，也就是1972年，第一个黄光LED被发现，同时，LED的亮度被提高了10倍。

红光和黄光LED登场虽早，姗姗来迟的蓝光LED却成了最大的赢家。因为作为三原色之一，没有蓝光LED，白光灯就无法制造出来。整整30年间，蓝光LED的研究进展甚微，成为卡住整个LED照明显示产业的瓶颈。直到20世纪90年代初期，中村修二等人用氮化镓制出了亮度很高的蓝光LED，才补足了光谱上最后一块缺口。可以说，是蓝光LED让LED从红绿色的小指示灯走向“照亮全世界”的光明大道。这也是为何蓝光LED研究能够获得诺贝尔奖的原因。

点亮21世纪的新型光源

由于LED对电流的通过非常敏感，极小的电流就可以让它发光，而且体积小、寿命长，能够长时间闪烁而不损坏，因此早期广泛用于电子产品的指示灯。我们在电子产品上看到的绿豆般大小能够快速闪烁的指示灯，一般都是由LED做成的。

蓝光LED问世后，事情的进展就顺利多了——蓝光LED配合黄色荧光粉制成的白光照明大行其道，LED开始作为照明灯在各个领域大显身手：便携灯具、汽车用灯、路灯、水底灯、建筑装饰照明、投影仪光源、以及特殊工作照明和军事运用等，LED还逐渐走入家庭，已有取代白炽灯和荧光灯的趋势。

LED的另一个重要角色是作为背光光源，具有寿命长、发光效率高、无干扰和性价比高等特点，已广泛应用于各种电子产品中，如笔记本电脑、手机、平板电视、显示器、电子手表？？不胜枚举。随着电子产品日趋小型化和轻薄化，LED背光源优势更显著。LG推出的最新款LED电视厚度只有6.9mm，不到一支铅笔的厚度，很大程度上也要归功于LED。

LED被誉为“21世纪的新型光源”，优势十分明显。第一当然是发光效率高，也就是节能。以每个电力输入单位（以瓦特计）带来的光通量（以流明计）来做横向比较可以发现，白炽灯的效率只有16流明/瓦特，荧光灯也不过70流明/瓦特。而最近LED创造的纪录超过了300流明/瓦特。而由于全球电力的近1/4都用在照明上，LED将为节约资源贡献良多。

第二个优点是需要的电压很低，几个伏特就行了。廉价的本地太阳能就能给LED灯供电，对全球15亿无法接通电网的人们来说无疑是极好的。

第三个优点是寿命长，白炽灯的寿命是1000小时左右，荧光灯可用1万小时，LED的寿命则高达10万小时（10年以上）。事实上，作为指示灯的小型LED常常超期服役，有的甚至能用30年。

新的研究从未止步

LED虽然号称长寿，但用于照明的高亮度LED却因为产生热量过高，可能会牺牲好几年的使用寿命。美国橡树岭国家实验室的研究人员最近宣布，他们已经利用一种石墨泡沫材料制成散热片，导热性能据说远优于传统的金属散热片，甚至能让高亮度LED的运作温度降到像仪表板LED指示灯那样的水平，使它们用得更久。研究人员认为，LED运作温度降10度，就能让其使用寿命延长1倍。

近年来，基于LED的可见光通信技术（Visible Light Communications，VLC）进展神速，只要在任何的LED中增加一个微芯片，便可让它变成无线网络发射器，这就是Li-Fi。微芯片控制LED灯泡的明灭，将二进制数据编码成光信号：灯亮表示1，灯灭表示0。每秒数百万次的闪烁只有光敏接收器才能探测，裸眼根本无法察觉。在打开电灯的同时，也就连上了互联网，岂不美哉。

另外，LED开关时速度慢的问题也得到了解决。为了实现基于LED的光通信，美国杜克大学研究人员最新研制出超快LED，打破了熒光分子发射光子的速度纪录，是普通级的1000倍，朝着实现超快速LED迈出了重要一步。

就像芯片界信奉摩尔定律一样，LED界有自己的海兹定律，即每过10年，1个流明的成本就降低10倍。如果这个定律继续成立，到了2020年，LED将成为全世界都用得起的最便宜的光源，全世界用于照明的耗电将减少一半。“对全人类带来巨大益处的发明”这样的评价并不为过。