1、结 课 报 告课程名称：都市植物工厂 2014 年物理诺奖获得者中村修二及其蓝光LED 技术题 目： 2014 年物理诺奖获得者中村修二及其蓝光 LED 技术姓 名： 丰 宁 年级专业： 通信工程 姓 名： 刘 骏 年级专业： 机械工程 姓 名： 张文倩 年级专业：电子信息工程 任课教师：王达健时 间：2014 年 11 月 15 日天津理工大学结课报告1相关文献：LED 植物工厂全球知名 LED 制造商首尔半导体对其技术顾问、同时也是美国加利福尼亚大学圣巴巴拉分校物理学教授的中村修二先生获得 2014 诺贝尔物理学奖表示热烈祝贺，对能从被誉为蓝光 LED 之父的中村修二教授那里得到技术指导并
2、进行共同研发而感到自豪。LED 灯点亮 21 世纪，省电节能全球受益。10 月 7 日下午，瑞典皇家科学院宣布，将 2014 年诺贝尔物理学奖联合授予日本科学家的赤崎勇，天野浩以及美国加州大学圣巴巴拉分校的美籍日裔科学家中村修二，以表彰他们在发明一种新型高效节能光源方面的贡献，即蓝色发光二极管(LED)，为能源节省开拓了新空间。高亮度蓝色发光二极管”被称为 20 世纪的一项伟大发明，发明者就是日本科学家中村修二。 有了它，通过与红色和绿色 LED 组合，才可能出现全彩色 LED 屏幕，并产生能够取代白炽灯和荧光灯的新一代节能照明灯具。事实上，科学界先前在发明蓝光 LED 方面已付出数十年努力，
3、却没有取得突破。诺贝尔奖评选委员会说，这 3 名科学家“ 在其他人已经失败的地方获得了成功。不同于大多数诺奖得主一脸笑意，日本人中村修二好像总是很生气。即便是获得 2014 年诺贝尔物理学奖以后的照片，他也是眉毛倒竖、眼神坚毅。 “愤怒是我全部的动因，如果没有憋着一肚子气，就不会成功。 ”中村修二总结说。天津理工大学结课报告2图 1 中村修二获诺奖时的照片1. 上司每次见到我都会说，你怎么还没有辞职？很难想象，这位新晋诺奖得主曾经的梦想是当一名快乐的奶爸。中村大学时就已结婚生子，为了不“因为事业舍弃生活” ，他 1979 年毕业时放弃了大城市的工作机会，选择了妻子家乡德岛县一家名叫日亚化工的企
4、业。在这个一切以产品销售为导向的小公司里，技术员中村的日子并不好过。他在研究上的突破不被重视，被称为“吃白饭的”，“上司每次见到我都会说，你怎么还没有辞职？ 把我气得发抖。”中村回忆道。这位愤怒青年决定选择开发高亮度蓝色发光二极管，以此证明自己。当时，红光与绿光二极管已发展成熟，只缺高效率的蓝光二极管，就能够获得可用于照明的白色二极管光源。不过，当时大多数研究者选择了氧化锌跟硒化锌作为发光材料。出于“做比较少人做的题目才有发展机会”的想法，中村选择了另一种材料氮化镓。和他作出同样选择的还有名古屋大学的赤崎勇师徒。“他们几乎是在同一时段进行实验并最终取得成果，接着又互相提高对方的实验成果。”20
5、14 年诺贝尔物理学奖专家委员会主席、瑞典查尔姆斯理工大学教授皮尔德尔辛说。在当时选择这种不被看好的材料堪称一场豪赌。1988 年，为了学习制造蓝光二极管所必须的结晶生长技术，中村赴美留学。不过，当他漂洋过海寻求梦想时，又遇到了另一困境。由于公司不允许，中村此前没有发过一篇论文，这使他完全没有被当作研究人员看待。同事们在工作时不与他交流，研究发光二极管的人员对他的请教爱理不理，连开会都没人通知他，整整一年，“没有一点儿好的回忆”。时隔多年，这位加州大学圣塔芭芭拉分校的教授愤愤不平地说，那时他们把自己当作门外汉来对待，对这种态度的愤怒促使他勇攀科学高峰。受了一年气回到日本的中村不得不进行“地下工
6、作”。新上任的社长要求他停止 LED 研究，改作电子元件。他只能瞒着公司，继续研究，并在取得关键性进展时投论文。这在欧美的研究人员中引起了巨大反响，但在以公司或大学名头评判论文可信度的日本，中村的研究“根本得不到承认”。天津理工大学结课报告3“我试着询问过几位研究人员，回答说当时根本不信的居多。等高亮度蓝色发光二极管变成了产品，才急忙去读过去论文的人估计有不少。”中村回忆道。直到 1993 年 11 月 30 日，中村愤怒的结晶蓝色发光二极管发布。媒体的采访请求、用户及同行业其他公司的咨询让公司电话像闹钟一样响个不停。当每天四五十个的电话潮持续了一周，社长终于悟到了什么：“是这么了不起的一项成
7、果吗？”在这之前，是否明亮是检验中村工作的唯一标准。1991 年 3 月，在发光层中采用氮化镓的发光二极管发出了紫外线，闻讯赶来的社长轻声嘟囔，“好暗啊，这样可没法作为商品出售”。1992年 9 月，双异质结构的氮化镓发光二极管终于试制成功，社长如同在评价一份中学生实验作业，“是你制作的啊，还是很暗。”当耀眼的蓝光从日亚的地下室里发出来时，全球固态照明的新时代开始了。多年后，用怒火点燃蓝光的中村修二被瑞典皇家学院誉为 21 世纪的爱迪生。2. 全球四分之一的人口获得了光亮，蓝光之父却还在阴影里生闷气不久前的新闻发布会上，中村修二在明亮的 LED 灯光下接受瑞典皇家科学院的赞美：“对于全球 15
8、 亿尚未能受益于电网的人口来说，这种新型光源带来了更高的生活品质。 ”全球四分之一的人口获得了光亮， “蓝光之父”中村修二却还在阴影里生闷气。发明刚刚问世，日亚便以公司的名义申请了专利，并开始大量生产出售蓝色发光二极管，摇身一变成为世界最大的 LED 公司。发明人中村修二获得的全部奖励是两万日元(约合人民币 1141 元)的奖金，海外同仁笑他“奴隶中村” 。“当我们飞到日本时，发现中村修二在地下室做实验，职位只是一个技术员，我知道这就是我们的机会。 ”美国加州大学圣塔芭芭拉分校华裔校长杨祖佑说。为了邀请中村修二，这所高校专门为他配置了研究团队，并让研究人员到日本工作一年，学习日语，为他营造一种
9、日本文化环境，让他能愉快地待在大学里。这也是中村修二拒绝了斯坦福大学和惠普公司派专机邀请，而选择到圣塔芭芭拉分校的原因。3. 他从日亚辞职，恩怨却没有结束。由于拒绝签署“保证 3 年内不再从事蓝光二极管的基础技术研究”的合同，在这家公司工作了20 年的中村没能领到退职金。日亚甚至追到美国，要求中村签署合同。再次遭拒以后，以泄露企业秘密为由，将中村告上法庭。中村积攒了多年的怒火再次爆发，这一次不是在实验室里，而是在法庭上。2004 年，中村修二向东京地方法院提起诉讼，状告日亚，要求其支付发明补偿金。中村胜诉，法院判决日亚应支付给中村补偿金 200 亿日元(约合人民币 11.4 亿元)。最终，这个
10、金额缩水到了 8.4 亿日元(约合人民币 4793 万元)。这场前无古人的诉讼激励了很多发明者在法庭上寻求帮助，他们当中的很多人赢了诉讼或者获得庭外和解。如今，中村诉日亚一案已成为专利诉讼教材的指标性案例。中村更为在意的似乎是东京地方法院的这一判断：“发明者的贡献度即使保守估算也不低于 50%。原告几乎靠一己之力完成了世界性的发明。 ”多年后言及自己的成就，这个“与老东家战斗到底的男人”毫不犹豫：“愤怒是我全部的动因，如果没有憋着一肚子气，就不会成功。 ”4. 他的枪膛里总躺着愤怒的子弹，一有机会就向日本的科研环境射击10 月 7 日，西装革履的中村站在新闻发布会上，拿着提前准备好的演讲稿，一
11、字一句地说：“制造 LED 灯的梦想能够成为现实，我非常高兴。如今我们能在超市买到高效节能的灯泡，我希望这对降低全球变暖也有帮助。 ”不过，他还是充满遗憾。由于与公司纠纷长达 20 年，中村认为自己浪费了不少时间， “与美国同行相比，起步实在太晚” 。他的枪膛里总躺着愤怒的子弹，一有机会就向日本的科研环境射击。天津理工大学结课报告4另一场发布会上，这位美籍日裔教授，操着口音极重的蹩脚英语讲着自己的“美国梦” ， “每个人都有机会做美国梦，如果你努力工作，每个人都有机会！”随即加上一句， “但在日本就不是这样！”“直到今天，日本公司仍然不愿承担风险进行研发，也不愿为员工的智力成果提供补偿。 ”5
12、. “在日亚工作时，买支铅笔也要上司签字！”“在日本公司发明东西只能拿奖金，但在美国可以马上创业，差别非常大。 ”也许没有人比他更了解，在等级森严的公司中，许许多多如“技术员中村”一样的工程师是如何“长期被忽视”的。而今，中村修二创办了自己的公司位于加州弗里蒙特市的发光二极管企业 SORAA，是世界上唯一一家制造氮化镓对氮化镓基板发光二极管的企业。在中村对未来的畅想中，LED 能在节约能源、减少碳排放上大有作为，该技术还会渗透到显示屏、汽车、医药、园艺等方方面面。“大体上说，(我的生活)没什么变化。我已经得过很多奖了，这是最高的奖项，但是不会使我的工作产生什么变化。 ”他的怒火熊熊燃烧了几十年
13、，从获奖的喜悦回归原来的生活，却只用了几天，仿佛他并未为此奋斗了 20 年，又等待了 20 年。在加州大学圣塔芭芭拉分校师从中村的博士黄嘉彦眼里，这位“非典型教授”生活中则是一个好相处的大叔，喜欢美食和泡温泉，最喜欢的座右铭是“盛者必衰” 。在 2002 年出版的把喜欢的事当做工作来做一书中，中村描绘了自己渴望的社会，不过是“可以让人做自己喜欢之事，并且得以体面生存”而已。介绍完了中村修二，那么，问题来了，到底什么是蓝光 LED 技术？通俗地说，LED 其实就是一个发光二极管。科学家们通过半导体元件可以让它发出不同颜色的光，作为三原色的红、黄两种光早在蓝光发现的 30 年前就通过发明导出来了，
14、但是蓝光的导出科学家们却努力了 30 余年。随着蓝光的导出，三原色齐全了，也就是说可以通过三原色的不同搭配制造出各种颜色的光。 最重要的是蓝光的出现使得 LED 可以发出高效白光。据了解，荧光材料受蓝光 LED 照射激发，会发出绿、红谱段的光，它们与蓝光合并后看起来就是白光。另外，具有不同互补色(红、绿、蓝)的几个 LED 光源一起用也可以形成白光。 白光的出现使得 LED 成为了理想的照明工具。据有关业内人士介绍，在 LED 蓝光芯片发明之前，人们没法将白光具体应用到照明领域。蓝光的出现，使 LED 真正进入家庭、户外道路和景观照明等大规模应用阶段。其寿命长、能耗低、高亮度、可控性强等特点，
15、使得 LED 迅速成为照明行业的主流产品，同时也成为国家倡导的产业发展方向。 蓝光的出现还可以调光的颜色，如果你想让 LED 光更白一些，那就多提高蓝光的量;如果你想让 LED 光暖一些，那就调低蓝光的量。 “蓝光 LED 虽然听上去并不是那么玄乎或者高大上，但却是可以对人类社会产生很大影响的成果。 ”上海交通大学物理系教授季向东表示。在诺贝尔奖颁奖词中提到：“白炽灯照亮了 20 世纪，而 LED 灯将照亮 21 世纪。这 3 名科学家上世纪 90 年代早期通过半导体导出蓝色光束，却为照明领域的发展带来了根本性的转变。 ” 那么它的技术原理和制作流程又是怎样的呢？下面我们就来介绍介绍。1、光子
16、晶体特性与结构光子晶体随著波长不同，会出现于周期性的结构，可以分别发展出一次元、二次元及三次元的光子晶体。而在这些结构当中，最出名的应该是属于三次元的光子晶体结构，但是，三次元的光子晶体在制造上及商品化，就今天的技术而言是非常困难的。原因是目前主要研究的领域还是保留在二次元的光子晶体，所以，今天在 LED 领域各业者相竞开发的光子晶体 LED，也是二次元的光子晶体。一般的材料构造是属于固定构造，所以材料本身会具有的一定的折射率。波数(Wave Number)与频率对于一般材料折射率的影响，横轴是物质的波数(Wave Number)、纵轴是频率、斜线就代表天津理工大学结课报告5折射率。折射率是非
17、常等比例的成长，也就是代表说不管什么样的波数、什么样的波长，它的折射率都是一定的。那么光子晶体是什么样的结构，再从另外一个角度来说明。光子晶体的特性就是周期构造，也因此会产生多重反射。光子晶体所构成的波数矢量数和光的频率比例，频率的曲线不是那么单纯，曲线已经会变得非常复杂，这个曲线会随著光的多方向性，就是异向性而出现变化，而随著它的偏光性，就可以运用来设计出不同的产品。光子晶体它有一个很出名的特性，相信大家都知道，就是它有一个光能隙。在光能隙这个区域里面，光线是不存在的。这边的曲线也跟图一 A 是的斜率意义是一样的，是折射率的相反。只要在这一点，斜率等于零。所以在这一点以外，光的速度就不会产生
18、零这个现象。所以也可以说，光子晶体也可以控制光的速度。就简单来说，运用光子晶体的目的浓缩成一句话，就是要利用周期构造，以人工的方式来控制这个光学特性。2、光子晶体与有固态发光元件差异光子晶体有 3 个光学特性，可以利用人工的方式来加以控制而达到不同的目的。第一个特性是，如果利用光能隙的话，就可以遮蔽光通过。利用这个特性可以把光锁在一个相当狭小的区域里面。目前产业界中，就有利用这个特性把光聚集在一个区域里面，制作成一个集成电路。另外一个特性是，就是光子晶体有异向性，光子晶体的光会朝向很多方向散射，原因是光子晶体可以随著光的偏光角度，出现透光与不透光(某个角度它可以透过，但是有些角度是没办法透过)
19、。第三个特性就是，光子晶体的曲线非常复杂、变化多端。因为光子晶体的曲线变化非常快，非常不规则，所以只要波长稍有变化，那就可以看到进入光子晶体的光，它的角度就会偏离得非常大。在优点方面，光子晶体的面积要比传统集成电路缩小了千分之一，所以，相对的，电路的积集度就比过去增加了 1,000 倍。而另一个优点是折光性倍数可以达到以往 1,000 倍。另外，也可以利用偏光性，改变光的性质，可以将以往正方形的偏光浓缩成以往体积的千分之一。简单来说，光子晶体它有什么样的好处与特性?积集度高，体积小，成本低。3、利用光子晶体制作出 LED除此之外，光子晶体还有其它的特性。利用它的特性，可以制作出光子晶体 LED
20、。大致上可以分为 2 种，一种是 LED，一种是雷射二极管(Laser Diode)。LD 雷射二极管部分我们可以分为光子晶体 DFB 雷射二极管(Photonic crystal DFB LD)与 Photonic crystal defect LD。光子晶体 DFB 雷射二极管是大家比较了解的结构，其雷射值可以控制在非常低的区域来做发射，这样子的结构，是必须存在光能隙的区域，也因为是如此，所以这样结构要实现商品化是比较困难。相对的利用光子晶体的结构制作成 LED 是比较简单。有关光子晶体常常被混淆的部分是，以为是利用 DFB 雷射，所以就会有人认为是不是利用特定的周期或波长来运用?其实答案
21、是不对的。理由是 DFB 雷射跟光子晶体 LD，它的入射(Incident)和衍射(Diffracted)的光是受限制的。但是相对光子晶体的入射光角度和衍射光角度是不受限制的。所以并不是利用特定的周期或波长来加强效率，这个特性对于 LED 来说是非常重要的。4、光子晶体蓝色 LED利用蓝色 LED 来制作的白光 LED，蓝色 LED 会发出蓝色的光，但是各个蓝色的光会根据 YAG 萤光粉部分会转换成黄光，利用蓝色和黄色的光，可以让 LED 产生出白光，白光 LED 被应用在白光照明灯跟液晶背光的光源，这种白光 LED 被称为固体白色照明。这种光有 3 个特色：体积小，省能源，寿命长，但是有一个
22、很大的问题需要克服：比起萤光灯，这样的白光 LED 发光效率比较差，为了解决这个问题，便可以利用光子晶体来解决这样的问题。为了克服，蓝光 LED 发光效率比较低的问题，可以将光子晶体放在蓝光 LED 里，利用光子晶体来提高发光效率，这样生产出的蓝光光子晶体 LED 的特色是周期长，要让发光效率提升，有几个很重要的技术。传统的 LED 制作非常简单，但是存在的问题点就是发光效率比较差，因为是传统的蓝光 LED 表面的全反射，从活性层出来的光线，会被表面全反射掉。这样的光就没有办法发射到天津理工大学结课报告6LED 外面。针对这个问题，CREE 在制作过程中做了一些改善的动作，在 Deformed
23、 Chip 中可看到活性层旁边是一个斜面，利用这样斜面的结构，可以让发光效率提高，同样是针对提高效率的问题，我们设计出了二次元的集积表面，利用这样子的结构，可以让表面的发光效率提高，所以我们是利用半导体的 Planar 技术，这是一个很精密的技术，用来控制这个构造。Penetration 是利用二次元的活性层让光穿过，这样的结构可以使发光效率高达 80%，但是也有一个问题需要克服，那就是内部量子效率会降低。由于为了要让光透过活性层，就会因为达到透过活性层这个目的而降低内部量子效率。Resonant Cavity 是在光子晶体 LED 上面加载共振器，这个设计称为共振器 LED，在 LED 的周
24、边，我们配置上光子晶体，利用这个设计，可以把他 LED 效率提高 60%，而前面提到我们利用 Planar 技术所开发出来的 Surface Grating 的设计方式虽然不错，但是在电流的注入上会有一些问题。与 Surface Grating 相较下，虽然 Resonant Cavity 在电流的注入上会比较容易，不过，ResonantCavity 本身也会有问题存在，那就是共振器 LED 在制作上比较困难，制作困难就代表说成本就会提高，对于 LED 大家都希望可以以低成本量产，这就造成了发展瓶颈，Penetration 与Resonant Cavity 这 2 个设计，只是在 LED 上面
25、加上一个二次元的设计，这样的设计是可以用上原本既有的 LED 上。5、光子晶体蓝色 LED 运作原理现有的 LED 结构，可以看到他的全反射，临界度是比较小的，主要是因为表面将光全部反射，相对的，光子晶体蓝色 LED 所设计出来的 LED，由于衍射的关系，可以修正光的角度，修正后的光可以比临界角还小，并可进入临界角投射到外面，改善过去 LED 的光会全部反射的问题。从 LED 的活性层发射出来的光，我们可以 360 度放射出去，但以往的 LED 只能受限于临界角，只能在临界角范围内发光，在临界角内的光才能发射出去，我们知道临界角范围内的面积只占整个范围的4%，所以相对光子晶体的光就比较广，能有
26、更多的面积将光反射出去，就是利用这个原理将发光效率提高。6、光子晶体的设计要点在光子晶体的设计上有一些重点，有一个指标是周期这一部分，周期和衍射的距离有关，如果周期越小，衍射的距离就越大，纵使经过修正后还是没有办法将光发射到外面去。相对的如果周期变大，衍射的距离越小，因为这样的关系，光就可以移到外面去了，所以在设计上需要找到一个最适合的周期。还有一个要点就是高度，高度跟衍射的效率有相当紧密的相关联性，实际上并不是所有的光都会受到衍射的影响，受到衍射影响的光都会跟衍射率产生相关联，所以这两个重要指标就是在开发光子晶体 LED 时，需要计算出最适当数值的 G 值，所以在设计上就必须经过相当精的密计
27、算来取得 G 值。而在设计中，如何去计算出 LED 表面需要多少光，可以利用 FDTD 计算方式来做一些运算，这个计算方式在光子晶体上是普遍被运用的一个方式。非光子晶体的 LED，是属于表面比较平坦的一种 LED。非光子晶体的 LED 产生光后，跟空气接触的光源那部分，会因为表面全反射掉。而光子晶体 LED 的设计，可以让光不受反射影响，将光反射到外面。而高度的部分也是成曲线分布，到某一个高度时，效率是最高的，可以看见发光效率最高的周期是在 1.5 微米的地方，而发光效率最高是 0.25 微米，由此可见，在这个区域是一个非常长的周期，非常短的高度，这就显示说光子晶体的制作非常简单，只要找出最适
28、合的周期 1.5 微米，比发光波长还要长的一个周期，然而常说现有的 LED 至少要克服这样的条件，但是从这里的设计可以看出，即使这个周期很长，还是可以达到高效率，所以对于这种光子晶体设计，称之为长周期光子晶体。所以，设计的光子晶体 LED 周期是比较长的，此外，还有另外的一个特色，就是在光子晶体的表面镀上一整面的薄膜，这个薄膜就是透明电极，透过这个薄膜设计，光可以从整个面都可以发光出去。天津理工大学结课报告77、光子晶体 LED 制程制作的光子晶体 LED 上透明电极的影响作的解释，可以看到，无论有没有涂上透明电极，对发光效率并没有很大影响。根据这个结果，我们就很放心的在光子晶体上覆上一层透明
29、电极。利用蓝宝石作为基板，再经过 MOCVD、EB 和 RIE ETCHING 等等制程，制作出来二次元的光子晶体 LED。根据我们的说法，目前暂时是利用 EB 的方式，但以后在正式量产或商品化时，就会用另一个成本更低的做法，另外还会做乾式(Dry)Etching，再形成一个透明电极和电极板。就理论来说，在计算后的结果应该是高出 3 倍的，但是在这次实验后，得出的结果却只有高出 50%。分析原因有可能是在光子晶体形成的制造过程中，所使用的数值并不是最适当的数值。所以我们相信，只要改变这个流程，发光效率应该就会像计算的数值一样达到 3 倍。此外，另外一个可能是在制程中出现一小瑕疵，那就是在芯片中
30、有一个小裂缝，而这个裂缝的出现，也会影响到整个 LED 的发光效能8、透过透明电极可达到大面积的发光我们是第一个将光子晶体运用导入蓝色 LED，而且很成功。发光效率达到 1.5 倍。相信业界透过这样不断的研究，显示出固体白光照明的商品化应该是指日可待的。这个技术绝对可以运用并量产。另外一点，光子晶体的独特设计使得长周期构造可以实现。因为这样的长周期构造让 GaN 的光子晶体的应用更容易实现。另外，经过实际的制作后，我们也证实了一件事，在光子晶体的表面都覆上了一整面的透明电极，这样一个独特设计，使得大面积的发光能够具体实现。那么，为什么它能获得今年的诺贝尔奖呢？1.节能耐用有前景蓝光 LED 的
31、出现成就了 LED 照明，又因其节能、耐用而被制作成各种照明设备并被各国推广使用。因此 LED 照明的出现被称为继爱迪生发明白炽灯之后的又一次光源技术的革命。 据了解，爱迪生在 1879 年发明了白炽灯泡，其效率仅约 16lm/W，也就是说电转化为光能的效率仅有约 4%。P.CooperHewitt 在 1900 年发明了荧光灯管(含水银)，其效率达 70lm/W。与上述白炽灯泡和荧光灯管相比，目前 LED 灯的效率已经达到了 300lm/W，也就是说其光能效率超过了 50%。因为全世界所用电力里有 20%被用于照明，因此，用 LED 灯取代白炽灯泡和荧光灯管将极大地缩减照明用耗电量。另外，高
32、质量 LED 灯具有很长寿命的特点，使用寿命达 10 万小时。目前各国正大力推广用 LED 灯取代传统照明技术。 据我国发布的半导体科技发展“十二五”专项规划显示，到 2015 年，LED 在中国通用照明市场的份额要达到 30%。复旦大学电光源研究所副所长张善端分析，到 2020 年，在我们的生活里用到的灯具里面，LED 要占到一半。 按照国家逐步淘汰白炽灯的路线图，从 2012 年 10 月 1 日开始，禁止进口和销售 100 瓦及以上的普通照明白炽灯。而从今年 10 月份开始，60 瓦及以上的普通照明白炽灯将禁止销售。有关数据显示，目前白炽灯的产量减少了 90%以上，占比不到照明灯的 10
33、%，节能灯和 LED 灯的生产则占据了 80%，未来将是 LED 的天下。 2.应用领域日益广泛LED 刚刚出现的时候价格太高，被应用的范围也不广，但是随着制造成本的降低开始被用于多个领域，发展势头迅猛。 现在 LED 灯是消费者最为熟悉的产品，在北京灯具市场记者看到 LED 灯已经占据了主导地位。一位灯具销售商说：“LED 灯具价格相比 3 年前下降超过 30%，销量在迅速攀升。现在凡是叫得上名字的制造商都推出了自己的 LED 照明产品，市场竞争也已日趋白热化。 ” 记者在市场上看到，3 瓦的 LED 灯相当于 25 瓦的白炽灯亮度，而 4 瓦的 LED 灯相当于 32 瓦的白炽灯亮度。3、
34、4 瓦的 LED 灯的价格在十几元到 20 几元不等。但是因为使用寿命长，耗电量低，综合起来看，这个价格还是很划算的。 记者还了解到，LED 电视机已经快速取代了 LCD 电视机成为了电视机市场的主流产品，而且价天津理工大学结课报告8格也在短时间内迅速下降，一度高于 LCD 电视机价格几倍的 LED 电视机现在的价格与 LCD 电视机已经没有明显的差距。 专家表示，未来 LED 行业，照明可能只占到 10%20%，更多的领域都可以使用蓝光 LED 作为光源。比如 LED 的发展推进了电视的低耗电和薄型化进程，并可实现高画质影像及高音质音乐。从蓝光 LED 发展出的紫外 LED 也可以净化生活用
35、水。在植物工厂应用之后，LED 可作为人工制造的太阳，制造出符合各种植物生长阶段需要的光色，对其进行照射。如此可以有效种植蔬菜，提高产量，减少污染。 三位获奖者在发现新型高效、环境友好型光源，即蓝色发光二极管(LED)方面做出巨大贡献。在蓝光 LED 的帮助下，白光可以以新的方式被创造出来。使用 LED 灯，我们可以拥有更持久和更高效的灯光代替原来的光源。因为今年的诺贝尔物理学奖，人们在制造节能光源方面进入了“自由之境” 。虽然这三位科学家因为发明蓝色发光二极管(LED)获得诺奖让人大跌眼镜，但正是因为这一发明，人类可以制造出任何想要的 LED 光蓝色发光二极管不仅使得白光可以以一种新的方式创
36、造出来，而且因为蓝光二极管的出现，人们还可以补齐三原色，使得人类能够制造的 LED 光源的光谱范围更广，可说是进入自由的境界。令人关注的，是这一获奖项目传递的信息：诺贝尔物理学奖近年来似乎日益青睐那些可以给人类生活带来巨大改变的应用性研究。 蓝光 LED 的发明给我们的生活带来了很多新的可能，让我们的生活色彩更加明亮丰富。不过，有利就有弊。LED 灯泡的光来自短波高能量蓝光，在 LED 蓝光伤害的问题上，目前业界和专家们的看法还不完全一致。蓝光是自然界存在的光，是太阳光的重要组成部分，在各种白光光源中也存在。当前市场上很多 LED 灯具，是通过芯片发出蓝光，激发黄色的荧光粉，来调和成白光的。这
37、种白光 LED 照明产品的蓝光光谱较其他的光源更丰富。一般认为，暴露在蓝光下几小时内是不会伤害眼部的，但是常年的暴露可能会导致累积伤害。还有观点提出增龄性黄斑变性可能和 LED 等有关。“最近有研究表明蓝色的光频谱可能会导致视网膜损伤，甚至可能导致增龄性黄斑变性。 ”美国黄斑变性基金会表示， “视网膜会被高强度的可见的蓝光或者紫光损害，这些光能够穿透眼球里的黄斑色素。根据斯格本斯眼科研究所的一项研究，低密度的黄斑色素会让更多的蓝光穿透，从而反应了增龄性黄斑变性的风险。 ”而反对意见认为，这种说法目前还没有强有力的证据支持。“我对蓝光 LED 会增加增龄性黄斑变性的风险感到很诧异。阳光中的蓝光暴
38、露远比这个多， ”一名美国眼科专家就表示。 “从物理学的角度，高能量的蓝光或者紫外线会导致眼部损害。但是这必须是在童年时期时暴露在阳光下的情况下，因为那时候这些光线才能到达视网。这里给出一些大家使用蓝光的建议。1.蓝光危害和“富蓝化”的照明影响并不是 LED 照明产品才有的，之前的某些金卤灯和某些荧光灯早就存在。2.要正确区分蓝光危害和“富蓝化”的照明影响人的司辰节律这两种不同的情况，蓝光危害是指当蓝光辐亮度达到标准规定的 2 类或者 3 类时，会在较短的时间或瞬间对人眼造成的伤害，它所依据的标准是 GB/T 20145-2006/CIE S009/E:2002，判定的依据是 CTL-0744
39、_2009-laser 决议。而“富蓝化”的照明对人的生理影响则是润物无声地且要经过数个月甚至几年的时间才会明显影响到人的司辰节律的，这方面是目前世界科研的前沿课题，有较多的研究报告，但是还没有对应的考核标准。3.目前国内有人认为是 GB/T 20145-2006/CIE S009/E:2002 标准很早就颁布实施了，现在是否过时? 但是，该标准目前依然是国际包括发达国家和地区在这方面现行有效的版本。国际标准的制定都是建立在大量的试验数据的采集及分析的基础上的，而我国在这方面根本没有进行过系统的天津理工大学结课报告9有目的的实验和研究，轻言标准过时是不恰当的，但密切关注正在修订中国际标准也是必
40、须的。4.在普通情况下室内只能使用蓝光危害分类在 1 类及以下的 LED 照明产品。对于特殊人群(糖尿病人和光敏药物影响的人)或者可能处于特殊体位(例如婴幼儿)能直视 LED 灯的情况，则应该用无危害的 LED 照明产品。5. 蓝光是组成白色光的重要组成部分，所以在正常情况下滤掉蓝光的说法是片面的，按人的生理时辰节律选择光照成份和质量，才是正确的。为了避免因使用高色温富蓝光的 LED 照明产品对人体健康可能存在的不利影响，室内 LED 照明产品的色温不宜超过 4000K，一般显色指数应达到 80以上。室内照明应避免使用色温 5000K 及以上的 LED 照明产品。目前推广低色温 LED 产品技术和成本上已经完全可行。6. 返璞归真，模拟自然条件下的光照、光色及变化，是照明产品设计、制造和照明设计和实施的最高境界。针对特殊人群和特殊使用场合，能调节出业已证明的合理的光谱和光色。在这一方面，恰恰是 LED 照明。
