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光源领域的革新历史回顾

【摘要】:1968年,第一款商用LED只能发出0.001lm的红光。最近,亮度记录值达到1100lm,这是将6个LED结做在一个芯片上实现的[4]。图1-2 可见光LED的发明者N.Holonyak教授(左)向他的导师、晶体管的发明者J.Bardeen教授展示他的样品图1-3 “Haitz规律”预言LED的光通量每10年增加20倍,与此同时成本降低10倍了解了以上革命性成果之后,人们显然会发出这样合理的疑问:LED是否能取代传统照明器件?

“在研究碳化硅与其他物质接触点电流非对称通路时,人们注意到一个奇怪的现象。当在碳化硅晶体的两点间施加10V电压时,晶体发出黄色的光[……]。”

在一个世纪前的1907年,Henry Joseph Round(英国Marconi公司)发表了史上第一份半导体材料发光效应的报告[ROU07]。图1-1为Round上尉所做实验的复原。第一个LED专利是1929年由一位俄罗斯无线电技术人员Oleg Vlad-imirovich Losev获得的[LOS 29]。

如果没有清楚的说明,LED的发明将很快被人遗忘。直到1962年,通用电气公司的顾问Nick Holonyak[1]和S.F.Bevacqua才签署了第一个红光LED的“官方发明证明书”[HOL 62](见图1-2)。

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图1-1 在电激励下碳化硅晶体发出黄光;此图复原了H.J.Round上尉(右图) 于1907年做的最初实验,意外地证实了半导体能够发光

从此之后,LED技术迅速发展。1968年,第一款商用LED只能发出0.001lm的红光。如今已经出现了亮度超过100lm的商用高亮度[2]白光LED[3]。最近,亮度记录值达到1100lm,这是将6个LED结做在一个芯片上实现的[4]。与一般发展趋势相比,这的确算一次革命,过去30年间,单个器件的光通量每18~24个月增加1倍(每10年增加20倍)。同时单个器件的价格也迅速下降(每10年降低为原来的1/10)。这一趋势是由Roland Haitz第一次发现的,因此被称为“Haitz规律”[HAI 02],如图1-3所示。

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图1-2 可见光LED的发明者N.Holonyak教授(左)向他的导师、晶体管的发明者J.Bardeen教授展示他的样品

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图1-3 “Haitz规律”预言LED的光通量每10年增加20倍,与此同时成本降低10倍(插图为R.Haitz)

了解了以上革命性成果之后,人们显然会发出这样合理的疑问:LED是否能取代传统照明器件(电灯泡和放电系统)?

这是一个很有价值的问题,而答案并不是显而易见的。许多技术和科学方面的问题当然要予以考虑,但要评价这种革新性光源,最重要的问题是从现在的经济和节能方面进行考虑。