让“超级灯泡”照亮全中国

　　一、 什么是“超级灯泡”

　　美国飞利浦电子设备公司新近推出了一款被称为“超级灯泡”的新概念LED灯，耗电9.7瓦，预期工作寿命25万小时(没有错，25万)，其亮度和60瓦白炽灯一样，节电率为83%。该灯获得了美国著名的2011年“照亮明天”竞赛的1000万美元大奖。目前美国飞利浦电子设备公司正利用这笔奖金抓紧生产更多的“超级灯泡”供应市场，“超级灯泡”即将在地球的彼岸炫丽点亮。初步预计这种灯泡在2012年投入市场，售价30欧元，可望10年内降至7欧元。美国每年要售出4.25亿个60瓦的灯泡，如果都用新型的“超级灯泡”来替换，就意味着每年可以节约39亿美元的宝贵能源，能减少2000万吨二氧化碳的排放。

　　二、 “超级灯泡”的工作原理

　　这种“超级灯泡”的工作原理是：灯泡内部安装有能够发射紫外线的LED光珠，发射的紫外线直接激励灯泡外壁上喷涂的三基色荧光粉使之发出炫丽的白色可见光。它中间不需要汞或其它物质来做为中介，不但效率高，光的显色性好，也不会对环境造成汞污染，它仅用低电压就可以驱动发光。据报道，该灯发出的光线频谱与太阳光频谱高度近似，这种具有真正阳光照射的照明灯对人体建康是特别有益的。这种灯笔者2009年曾试制过。目前我国的三基色荧光粉必须要利用波长为253.7nm的紫外线来进行激励，它才能够发出可见光。但是能够发射253.7nm紫外光的LED光珠在我国实在是太昂贵了，当时单只φ5光珠的价格就要近2000元/只，做一个实际能点亮的仅5瓦的灯泡至少需要20只这种光珠，就是说做这样的灯泡仅光珠成本就需要近4万元。现在美国飞利浦电子设备公司的这款产品让笔者相信，适宜家庭使用的照明灯其未来希望就寄托在它的身上!

　　这种“超级灯泡”的工作原理与我们现在普遍使用的白光LED不同，从发光效率看这种方式要高得多，它在发光过程中发热量较小也就不易引起光衰，这点是非常可贵的。白光LED发光的主流方式有两种，一种是：LED芯片本身发出的是兰光，紧挨在芯片发光面的前部涂加有黄色荧光粉，兰光和黄光混合就发出白色的可见光。这种方式的发光效率低下有两个主要原因： 1、LED芯片发出的兰光根据报道约占芯片能量的14%，其它有50%以上的能量都转化成了热。而且这种兰光中紫外线的成分很低，所以不能够充分激励荧光粉发出可见光只能感应发出黄色光; 2、荧光粉能够发出的黄光非常微弱，所以白光LED往往发出的白光比较偏兰，令人眼不舒服。同时荧光粉也要产生热量，这个热量不容易被导引出来，累积在发光管内，对LED芯片和荧光粉本身会造成伤害将影响可见光的产生，我们称之为发生了光衰，功率越大这种效应越明显。目前看来因这种热量造成光衰是白光LED的致命伤。 第二种是：RGB三基色混合。这种方法是将绿、红、蓝三种LED芯片组合，同时通电，然后将发出的绿光、红光、蓝光按一定比例混合成白光。绿、红、蓝的比例通常是6：3：1，或用蓝光芯片加黄绿色的双芯片补色来产生白光。只要通过各色芯片的电流稳定、散热较好，那么这种方法产生的白光比上述产生的白光稳定且制作简单。但是，由于红、绿、蓝三种芯片的光衰不一样，驱动方法(控制通过LED电流大小的方法)要考虑到不同芯片的光衰不一样。采用不同的电流进行补偿，使之发出的光比例控制在6：3：1。在实际操作中困难较大，成本也较高。能不能够采用紫外线发光管激励荧光粉的方法呢?在LED紫外光芯片上涂覆RGB荧光粉，这种方法利用紫外光激发荧光粉产生三基色光来混合形成白光想象起来是一个不错的主意，但是，目前的紫外光LED芯片和RGB荧光粉是混合激发的，其出光效率较低，而且用于封装的环氧树脂在紫外光照射下易分解老化，从而使透光率下降。显然把紫外线LED芯片和三基色荧光粉封装在一起的这条路行不通。

　　三、 制造“超级灯泡”的难点和希望

　　由前面介绍可知，这种“超级灯泡”制造的关键取决于发射紫外线的LED光珠。能够发射253.7nm的紫外线的LED光珠制造非常困难，原材料成本高，制造工艺复杂，目前国内没有厂家能够制造，都是只能通过国外进口解决。

　　日本理化学研究所日前宣布，他们开发出了波长为250纳米的深紫外线发光二极管(LED)，在世界上首次成功实现了15毫瓦的高输出功率，电子注入效率提高了80%。这种深紫外线发光二极管比目前的同类设备最高输出功率高出7倍，其杀菌效果好、可高速分解二恶英等有害物质，已达到实用化水平。

　　波长在220纳米至350纳米之间的高功率深紫外线发光二极管在杀菌、净水、医疗、照明以及高速分解处理公害物质等领域有广泛应用。迄今为止，深紫外线光源以准分子激光和各种倍频激光等气体和固体为媒介的紫外激光和气体灯为主流，但是存在体积大、寿命短、价格高的缺点，难以实际应用。而使用半导体的高亮度深紫外线LED，可以实现器件体积小型化，得到廉价、高效和长寿命的紫外光源，应用前景非常广阔。

　　氮化铝镓材料被认为是最理想的深紫外线发光材料，研究人员通过降低氮化铝镓缓冲层脱位密度以及把作为电子块层的多量子屏障插入量子阱发光层的上部，实现了世界最高功率输出。该研究成果打破了以往深紫外线LED不可能实现高功效的认识，成功使紫外线输出功率达到实用水平。同时，多量子屏障不仅对紫外线发光元件，对已经实用的蓝色LED、绿色LD及LED、白色LED灯的效率的提高也有帮助。

　　随着“超级灯泡”这种新概念照明灯在美国被点亮，世界各国一定会掀起攻关该技术的热潮。国内企业更应该首当其冲的站在这股潮流的前列，率先将它实用化、商品化推向市场。

　　四、 一些建议和看法

　　1、目前国内厂家在生产300nm~360nm波长的紫外线LED方面有相当优势，价格也很低。这些厂家应该建立起自己的研究小组，开展对波长在220纳米至300纳米之间的高功率深紫外线发光二极管的研制和开发，其回报率是非常高的，完全值得专业厂家进行投入。

　　2、三基色稀土荧光粉是我国的强项，我们可以研究新的配方，让三基色稀土荧光粉最佳激励紫外线波长向上移动，到300nm~360nm，以适应目前我国LED厂家生产300nm~360nm波长的紫外线LED方面的优势，借此降低成本，尽快推出实用产品供应市场。

　　3、相关单位应该重视“超级灯泡”方面的专利和标准问题，吸取过去多次被动挨宰的教训，决不能再度陷入别人的专利或是标准陷阱，被国外公司吃肉喝血，遭残酷剥削。

　　4、建议以行业协会的形式，规范所有厂家的行为，走高质量的精品发展道路，制止自杀式的互相降价，互相比较粗制滥造，败坏行业毁掉产品名声的作为。

　　5、采用新一代的家庭照明模式，以直流低电压35V作为家庭的通用法定电压，这种模式的好处是安全、节能，所有家庭用的照明灯就不再需要进行电压转换，灯体里面没有了变压器和功率器件，节省了能源，更是节约了大量的金属材料，是造福于子孙后代的大好事。

　　编辑：Sophy