从爱迪生1879年发明白炽灯后，白炽灯统治了照明一百多年，为世界带来光明。而在21世纪，白炽灯却早已被取代，LED灯则在人们的生活随处可见，LED照明成为了时代的新秀。相较于其它照明形式，LED照明具有节能环保、寿命长、色彩丰富、光效高等多种令人满意的优良特性。而在这些大家早已习以为常的优良特性背后，是研究人员们历经了一百多年的技术研发攻关。

新光源的可能

LED的发明

爱迪生发明的钨丝灯，灯泡发光的主要原理是当电流通过钨丝时，钨丝能够产生极高的热量温度达到2000摄氏度以上，同时钨丝在处于高温的白炽状态时，也会发出耀眼的光芒，因此能够用于照明。这种发光模式中，电能并不是直接转化为光能，绝大多数热量都以热能的形式耗散了，能量利用效率很低。其次，白炽灯发光时的高温会不断使钨丝中的钨原子蒸发，从而导致白炽灯寿命不长。

LED灯

1907年，英国物理学家朗德（H.J.round）在研究碳化硅晶体时，意外发现当电流通过碳化硅时，晶体会发出暗淡的黄色光。不同于传统的白织灯，碳化硅的发光现象涉及的原理则是“电致发光”。“电致发光”又叫“电场发光”，是指电流通过物质时或物质处于强电场下发光的现象，一般认为是在强电场作用下，电子的能量相应增大，直至远远超过热平衡状态下的电子能量而成为过热电子。这些过热电子在运动过程中可以通过碰撞使晶格离化形成电子、空穴对，当这些被离化的电子和空穴对复合或被激发的发光中心回到基态时便会发光。电致发光现象是电能直接转换为光能的一类发光现象，跳过了“高温”这一步，大大提高了能量转化率。朗德立即敏锐地察觉到了碳化硅作为新光源的可能与光明前景。但是碳化硅发出的光却过于黯淡，还不足以作为光源提供照明。此后，朗德又苦心研究了几年，但始终一无所获，最终不得已放弃了这项研究。到了1927年，俄国的发明家奥列格罗塞夫(Oleg Losev)发明出了第一个真正的LED灯泡，但是依旧没能解决灯光过暗的问题。LED灯的光芒，暂时被世人搁置到了一边。

电致发光

半世纪后的突破

到了19世纪50年代，随着时代的不断进步和科技的蓬勃发展，各大科技公司纷纷开始对LED灯进行研究。经过许多人的不懈努力和突破，1955年，在美国无线电公司工作的鲁宾·布朗斯坦（Rubin Braunstein）发现砷化镓半导体会发射红外线。六年之后的1961年，美国人毕亚德和皮特曼（James R. Biard，Gary Pittman）发现，砷化镓在加上电流时会发射红外光，他们注册了专利，次年这项发明就投入了应用。1962年8月8日，美国通用电气公司的员工尼克何伦亚克（Nick Holonyak, Jr. ）成功制造出了第一盏发光在可见光范围内的红光LED灯泡，它的发光波段从900纳米的红外光延伸至650纳米的可见光红光。这也标志着此后半世纪让LED迈向照明工具的旅程的开启。

又过了十年，1972年，第一个黄光LED被发现，LED的亮度也因此提高了十倍。LED灯根据材质的不同，只能发出单色的光。砷化镓二极管能够发出红光，碳化硅二极管能够发出黄光，后来人们发现磷化镓二极管能够发出绿光。但这些都还不够，因为人类最需要的是白色的光。而合成白光，仅仅有红色、黄色、绿色还不够，人类还需要蓝光。

飞跃：蓝光的出现

蓝光的研究过程同样是漫长而曲折的。60年代末，日本学者赤崎勇就已经开始研究基于氮化镓材料的蓝色LED灯，这项工作在他和他的学生天野浩的努力下，持续进行了近三十年，取得了诸多突破。1986年，赤崎勇和天野浩首次制成高质量的氮化镓晶体。到了1992年，他们终于制成了第一个发蓝光的二极管。最终，1992年，在日亚化工工作的中村修二以不同于天野浩的工艺研制出了低阻P型氮化镓，还生长出了铟镓化氮（InGaN）的薄膜，这种薄膜通过调节铟的掺入，能够激发出从绿光到紫外光范围内的不同波长的光。1994年，中村修二又用铟氮化镓制造出了亮度很高的蓝色LED灯。他们凭借对蓝色LED灯的研究，一起获得了2014年的诺贝尔物理学奖，其中，中村修二也被誉为“蓝光LED之父”。至此LED灯作为照明的全部难题都被解决。随着白色LED灯的出现，人类正式进入了LED时代。

中村修二

LED照明的现状与发展

LED被称为第四代光源，具有节能、环保、安全、寿命长、低功耗、低热、高亮度、防水、微型、防震、易调光、光束集中、维护简便等特点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明等领域。LED光源的优点有：电光转化效率高（接近60%），绿色环保、寿命长（可达10万小时）、工作电压低（3V左右）、反复开关无损寿命、体积小、发热少、亮度高、坚固耐用、易于调光、色彩多样、光束集中稳定、启动无延时。随着LED行业的继续发展，技术的飞跃突破，应用的大力推广，LED的光效也在不断提高，价格不断走低。新的组合式管芯的出现，也让单个LED管(模块)的功率不断提高。

LED易于控制、体积小、容易制造多样的颜色的特点，使得LED照明走向了多样化的发展，成为了照明领域的第一，并且也让我们共同期待，LED照明是怎样与新时代的科学技术相结合，从而开启它那令人瞩目的应用前景。21世纪我们将见证LED如何让世界拥有更多不同的样貌！

参考文献：

[1]Mills, Evan. The Specter of Fuel-Based Lighting. Science. 2005, 308: 1263–1264.

[2] "Oregon tech CEO says Nobel Prize in Physics overlooks the actual inventors" . The Oregonian. October 16, 2014.