从白炽灯到LED照明领域第三次革命

　　火开始了人类照明领域的第一次革命，而爱迪生发明的白炽灯被公认为第二次照明领域的革命，而被称之为LED的半导体照明，无疑将引领人类照明领域第三次革命。

　　中国有车胤囊萤夜读的传说，萤火虫的身体尾部有一个发光器，发光细胞中的主要物质是虫荧光素和荧光酶。虫荧光素是产生光能的来源，荧光酶则是催化剂。虫荧光素转换能量的效率很高，其中只有约2%%~10%%的能量浪费在热能上，其余能量都用来发光，因此萤火虫的发光可以称为一种“冷光”，物理学家认为这是非常理想的灯光。

　　一直到1879年10月21日，在美国新泽西州的一间积满灰尘的实验室里，爱迪生把很细的碳化纤维丝封在一个玻璃泡里面，利用真空泵把玻璃泡里的空气抽走，再稳定地供给电压，使灯丝变成一个很稳定的明亮光源，电力照明的时代从此降临。虽白炽灯泡后来经过改良以适应特殊需求，因此可再细分为普通用照明灯、高压和低压电灯、卤素灯、红外线灯等种类。但是大致而言，白炽灯泡若要作为大型房间或大范围的空间照明器材，还无法满足人类的需求，但百余年来，电灯的发明一直在人类科学史上占有很重要的地位。

　　荧光灯可以说是室内照明非常重要的发明，现在全世界的夜间室内照明绝大多数都是采用荧光灯。荧光灯管比起传统的灯泡来，具有使用寿命长，发光效率较高，光照面积大，可调整成不同光色等几项优点。荧光灯的使用，满足了人类绝大多数场合的需求，虽然各式各样的电灯仍陆续在开发中，然而截至20世纪为止，依旧无法发展出比日光灯更符合人类需求的发明。荧光灯虽然有许多的优点，但最大的一个缺点就是荧光灯管非常消耗电力，绝大多数的电能都消耗在热能上。此外，灯管中的汞存在污染环境的问题，因此，寻求新的照明光源一直是科学家和企业界的任务。

　　在20世纪后期开始发展的发光二极管给未来照明带来曙光。1996年，日本日亚化学公司在GaN蓝光发光二极管的基础上，开发出以蓝光LED激发钇铝石榴石荧光粉而产生黄色荧光，所产生的黄色荧光进而与蓝光混合产生白光（蓝光LED配合YAG荧光粉），开启了LED迈入照明市场的序幕。

　　白光发光二极管的主要构造包含底部的二极管，涂在二极管或灯罩上的荧光粉，以及隔绝外界的灯罩。当底部的二极管（通常是半导体材料）接受电能的激发后，产生电子与电洞对，当电子与电洞再结合的时候，二极管便发出第一发射光（紫外光或蓝光）。这第一发射光可以被荧光粉吸收并转换成第二发射光（可见光波长范围），当没有被荧光粉吸收的第一发射光和荧光粉所发射出来的第二发射光混合以后，便得到白光。

　　利用不同荧光粉的搭配，发光二极管也可如日光灯管般具有偏冷色系或暖色系的不同光色。此外，经过多年的研究与发展，发现利用高效率的紫外光发光二极管作为发射光源，是未来白光发光二极管成为照明装置的不二选择。因此，如何发展高效率的紫外光发光二极管，以及适合于紫外光用的各色荧光粉，是现今大家所努力的目标。

　　随着目前LED技术的进步，白光LED的应用也逐渐开展，包括指示灯、携带式手电筒、液晶屏幕背光板、汽车仪表及内装灯等。而业界更相信，未来10年内，白光发光二极管将普遍应用在照明上，成为21世纪人类照明的曙光。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　编辑：Leo