老式灯泡的“末日”

【英国《新科学家》周刊1月8日一期文章】题：老式灯泡的“末日”（作者  悉尼·佩尔科维茨）
被称为发光二极管的小型半导体集成电路块正在逐渐取代灯泡，这种替代进行的速度虽然缓慢，但最终却一定会全部完成。这些发光装置可以发出红色、绿色或者蓝色光，这些彩色光组合在一起与灯泡发出的温暖的白色光芒十分相似。发光二极管消耗的能量比灯泡少，而且最新的研究成果使人们有望生产出效率更高的可以发出白色光的发光二极管。发光二极管最大的优点是它可以稳定地工作10年甚至更长的时间，不会出现闪烁或者光线逐渐变暗的情况。在你的房子里装上发光二极管，你也许就永远都用不着换“灯泡”了。理  论
量子理论告诉我们，原子的核外电子在从高能级跳跃到较低能级的时候会释放出能量。如果这两个能级之间的能量差处于适当的范围内，多余的能量就会以闪光的形式释放出来——也就是释放出一个光子。这种光的波长（也就是光的颜色）是由能级距离的大小决定的，而能级距离的大小又会因涉及的原子不同而有所差异。因此，一管氖气在外加电压的作用下会发出红光，其他气体则会发出不同颜色的光，比如，氩气会发出蓝光。
相似的量子跃迁可以在具有半导体特性的固体中发生。在半导体材料中，某些电子可以自由移动，而另一些电子则仍被原子束缚着。这两类电子的能量状态之间的差异被称为能带隙。在用半导体材料制成的二极管两端施加微弱的电压可以使电子具有更高的能量。然后，在它们沿着能带隙“跌落”的同时，它们会释放出波长与能带隙的大小相对应的光子。如果选择了合适的半导体材料，这一过程中就会出现可见光，而用这种半导体材料制成的二极管就是发光二极管。
多年来，用半导体材料制成的发光二极管只能发出红光。虽然存在着这种局限性，但是它与红色电灯泡相比仍然拥有巨大的优势。它们非常耐用，而且效率比白炽灯高得多，也就是说，发光二极管可以利用很少的能量发出明亮的光芒。这些优点使得发光二极管成为制作仪表板指示灯及自行车和摩托车尾灯的理想元件。甚至在许多新汽车上也可以看到能够发出红光的发光二极管，人们将整排的发光二极管安装在汽车后窗的周围，形成发光的线条，以便将它们作为额外的刹车灯来使用。应  用
位于密歇根州迪尔伯恩的维斯顿汽车系统公司的工程师们还有更具创造性的想法。他们计划在汽车上安装二极管激光器。每一个二极管激光器都是在由一对反射镜构成的微小空腔里装上发光半导体制成的。这些激光器将会彻底改变汽车指示灯和刹车灯的设计理念。
维斯顿公司的研究人员目前正在研制新型汽车尾灯，这种尾灯使用一个发出红光的二极管激光器，它可以提供200至500毫瓦的光能，与传统的电灯泡相比，它能节省80％的电力。随着彩色发光二极管市场的扩展，它们的生产成本直线下降，因而闯入了许多原来一直被电灯泡统治的应用范畴。美国已经有大约8％的交通信号灯装有发光二极管，欧洲和亚洲目前也在追随这一趋势。
研究人员目前还在试验一系列用镓原子、铝原子、铟原子及砷原子等制成的半导体。试验的结果是研制成功了一系列可以发出多种色彩（红、黄、绿等）的发光二极管——这些发光的“小点”事实上可以装饰任意一台电子设备。
但是，这些发光二极管对于起居室或办公室照明来说并没有多大的用处。我们希望人造光更像阳光——那种我们称之为“白光”的红、绿、蓝等色彩的组合。但是缺少了一个重要的组成部分——可以发出蓝光的发光二极管。多年以来，研究人员一直未能研制成功可以发出蓝光的发光二极管，直到1993年一家名为尼基亚化学工业公司的小型日本企业宣布，该公司成功地生产出了可以发出明亮的蓝色光芒的半导体材料氮化镓的微小颗粒。利用这种蓝光二极管，研究人员终于有可能制造出能够发出白光的发光二极管了。