檸檬夸克

燈，無(wú)疑是人類走入現(xiàn)代社會(huì)的重要標(biāo)志，它給夜晚帶來(lái)光明，極大地拓展了人們學(xué)習(xí)、工作和娛樂(lè)的時(shí)間。

走在街上，你會(huì)看到各種各樣的燈：五顏六色的霓虹燈、明亮的路燈、商場(chǎng)門口的LED顯示屏……這些燈的發(fā)光原理各不相同，它們都是人類科技文明的結(jié)晶。下面我們來(lái)介紹這些燈中最年輕的一類——LED燈，它同時(shí)也是2014年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)項(xiàng)目。

LED的全稱是Light Emitting Diode，翻譯成中文，就是“發(fā)光二極管”。

二極管是半導(dǎo)體元件的一種，它最主要的作用是控制電路。由于二極管有很特別的單向?qū)щ娦?，把它放在電路里，就像一個(gè)開關(guān)一樣，某個(gè)方向的電流可以通過(guò)，而反方向的電流則不能通過(guò)。二極管是我們最常用的電子器件，電視、冰箱、洗衣機(jī)、手機(jī)、電腦里面都有大量的二極管。

既然是被用來(lái)控制電路的，又怎么會(huì)被用來(lái)發(fā)光呢？這事還要從愛(ài)迪生說(shuō)起。我們知道，世界上第一個(gè)可以長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定發(fā)光的燈泡是愛(ài)迪生發(fā)明的，他讓人類走進(jìn)了電燈的時(shí)代。不過(guò)愛(ài)迪生發(fā)明的電燈，問(wèn)題一籮筐，首先是發(fā)光效率低，大部分的電都被用來(lái)發(fā)熱了，另外燈泡的工作壽命也不長(zhǎng)。

人們?cè)趽碛袩艄夂?，很快?duì)愛(ài)迪生的電燈有了全面認(rèn)識(shí)：燈泡不好用，還要繼續(xù)改造！很多科學(xué)家致力于改進(jìn)愛(ài)迪生的燈泡，尋找更好的燈絲。還有一些科學(xué)家另辟蹊徑，尋找其他的發(fā)光途徑，想要制造出其他類型的燈。英國(guó)人拉齊姆就是其中的佼佼者，他發(fā)明了霓虹燈！這些霓虹燈現(xiàn)在還在使用，以霓虹燈的發(fā)光原理為基礎(chǔ)，人們還制造出了走進(jìn)千家萬(wàn)戶的日光燈。

到了20世紀(jì)中葉，突然有人提出，也許二極管可以發(fā)光。此猜想一出，立刻引起了全世界科學(xué)家的興趣。

很快，在1962年，美國(guó)通用電氣公司的尼克·何倫亞克發(fā)明了世界上第一種可實(shí)際應(yīng)用的可見(jiàn)光發(fā)光二極管。這是一種紅色的LED燈。由于LED燈價(jià)格便宜，發(fā)光效率高，所以一被發(fā)明，就得到了廣泛的應(yīng)用。銀行、超市門口的滾動(dòng)字幕，小汽車的高位剎車燈，所使用的都是LED燈。

在紅光LED被制造出來(lái)后不久，綠光LED也被制造了出來(lái)。我們知道，只要有了紅、綠、藍(lán)三原色，就可以組合出各種不同的顏色。現(xiàn)在紅、綠都有了，可謂是萬(wàn)事俱備，只欠藍(lán)光。

可是問(wèn)題出現(xiàn)了，藍(lán)光LED難倒了當(dāng)時(shí)所有的科學(xué)家。和發(fā)出紅光、綠光相比，發(fā)出藍(lán)光所需要的能量更多，而大部分半導(dǎo)體材料所能提供的能量卻是有限的。制造能發(fā)出藍(lán)光的LED并不難，難的是發(fā)出來(lái)的光太微弱了，根本沒(méi)有商業(yè)價(jià)值！

直到30年后，在1993年，日本科學(xué)家赤崎勇、天野浩和中村修二解決了這一難題，他們利用氮化鎵和銦氮化鎵發(fā)明了穩(wěn)定的、具有商業(yè)價(jià)值的藍(lán)光LED。他們也因此獲得了2014年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。有意思的是，發(fā)明第一個(gè)LED的尼克·何倫亞克并沒(méi)有獲得過(guò)諾貝爾獎(jiǎng)，而發(fā)明藍(lán)光LED的人卻得到了這一殊榮。

現(xiàn)在無(wú)論是家里的液晶電視、Pad顯示屏，還是戶外的大屏幕，抑或是很多商店的招牌，它們的發(fā)光光源都是LED，LED已經(jīng)走入千家萬(wàn)戶。

白光LED燈也逐漸進(jìn)入我們的家庭。盡管LED有許多的優(yōu)點(diǎn)，不過(guò)和傳統(tǒng)的白熾燈相比，作為照明使用的白光LED燈卻具有一個(gè)明顯的弱點(diǎn)，就是它的演色性差。

演色性是人們?cè)u(píng)價(jià)光源質(zhì)量的重要指標(biāo)。當(dāng)光源照射物體時(shí)，物體所呈現(xiàn)色彩的視覺(jué)效果的質(zhì)量稱為演色性。自然界中最好的光源，無(wú)疑就是太陽(yáng)，太陽(yáng)的演色性是最好的。白熾燈的發(fā)光原理很接近于太陽(yáng)，所以在所有的人造光源里，白熾燈的演色性是最好的。熒光燈，也就是我們俗稱的日光燈的演色性就比較差，尤其是一些質(zhì)量不高的熒光燈，在這樣的光源下寫字、看書，絕對(duì)是和自己的眼睛過(guò)不去。盡管和白熾燈相比，熒光燈更加節(jié)約能源，亮度更高，但多年來(lái)卻無(wú)法取代白熾燈，演色性差是主要原因。

作為照明光源，白光LED燈同樣存在演色性的問(wèn)題。前面講了，LED燈有紅、綠、藍(lán)3種顏色，如果在一個(gè)燈泡里同時(shí)裝上這3種顏色的LED，將這3種顏色混合在一起，就可以產(chǎn)生白光。這樣生產(chǎn)的LED燈，它的演色性無(wú)疑是很好的，可是每個(gè)燈泡都需要3個(gè)LED燈，生產(chǎn)成本很高，生產(chǎn)難度也很大。

現(xiàn)在市場(chǎng)上銷售的大部分白光LED燈，在燈泡里面只有一個(gè)藍(lán)光LED，在這個(gè)LED的外面涂抹一層黃色的熒光粉。當(dāng)LED發(fā)出藍(lán)光的時(shí)候，由于熒光粉的作用，部分藍(lán)光轉(zhuǎn)化成黃光，這些黃光和沒(méi)有被轉(zhuǎn)化的藍(lán)光重合在一起，形成白光。這樣生產(chǎn)出來(lái)的LED燈泡，成本低，市場(chǎng)占有率高。

顯然，這種白光的演色性是比較差的，建議同學(xué)們不要長(zhǎng)期在這樣的光線下寫字看書。

隨著LED燈的發(fā)展，現(xiàn)在有很多銀行、超市使用藍(lán)光LED燈作為招牌，也有很多商場(chǎng)、小區(qū)使用白光LED屏投放廣告。當(dāng)你路過(guò)這些地方時(shí)，千萬(wàn)不要用眼睛瞪著這些屏幕看，因?yàn)樗{(lán)光對(duì)眼睛的傷害比較大，而且LED的亮度大，對(duì)眼睛的危害更大！

如今，科學(xué)家正在研發(fā)演色性更高、更節(jié)能、成本更低的LED燈，各種新產(chǎn)品在不斷問(wèn)世，相信不久的將來(lái)，我們就能用上它們啦。