科技發(fā／fà)展的浪潮改變着(zhe／zhuó／zhāo／zháo)人類生(shēng)活的方方面面。不知不覺之間，LED燈泡已漸漸取代傳統的白熾燈泡，走進了千家(jiā)萬戶，照亮了生(shēng)活的各個角落。然而(ér)，這漸爲人們所(suǒ)熟悉的LED燈泡也在不斷更新變化着(zhe／zhuó／zhāo／zháo)。在這一期的匠心芝語裏(lǐ)，我們就(jiù)将跟随東芝照明科技研發(fā／fà)小組的腳步，一起去(qù)看看LED燈泡的進階之路！
在講到LED燈泡的更新換代之前，我們不得(dé / de / děi)不先提到燈泡的調光性能(néng)。燈泡的調光性能(néng)對(duì)于(yú)日常應用(yòng)來說，非常重要(yào / yāo)。例如(rú)：在劇院和電影院中，放映前通常會(huì)采用(yòng)漸弱方法調暗燈光環境，以便觀衆将情緒轉移到作品上。這需要(yào / yāo)漸漸調暗燈泡的光線，等光線暗到肉眼無法識别周圍環境之後(hòu)再完全關閉。
爲了節約能(néng)源，生(shēng)活中大部分的白熾燈泡已經被更換爲了LED燈泡。但劇院、電影院、酒店等場所(suǒ)的燈泡卻很難被成功更換。爲什麽呢？最主要(yào / yāo)的原因與我們在上面提到調光性能(néng)有關：傳統LED燈泡的調光性能(néng)比白熾燈差。傳統的LED燈泡不僅很難将光線聚集到最大，也容易出現明顯的閃爍現象。除調光性能(néng)外，LED的劣質顔色和偏大尺寸也使得(dé / de / děi)它無法安裝在吊燈等現有照明設備上。
因此，改進傳統的LED燈泡調光性能(néng)成了東芝照明研發(fā／fà)的重中之重。而(ér)針對(duì)以上難題，東芝也給出了完美的解決方案——東芝新型LED燈泡。
一、爲什麽LED燈泡會(huì)閃爍？
“傳統的LED燈泡會(huì)閃爍，是因爲調光器的設計匹配的是舊有的白熾燈泡。在這種情況下(xià)，安裝與白熾燈泡性能(néng)不同的LED燈泡，調光器自(zì)然會(huì)産生(shēng)故障。”
東芝照明技術株式會(huì)社
技術品質統籌部 大武寬和先生(shēng)
這是東芝照明技術株式會(huì)社技術品質統籌部大武寬和先生(shēng)指出的。調光器、燈泡分别安裝在房屋中，用(yòng)于(yú)調節燈光量。據大武先生(shēng)指出，燈光淡入/淡出的問題也是由于(yú)LED燈泡與調光器的不兼容而(ér)造成的。
當白熾燈泡與調光器組合時，可(kě)适當調暗亮度以使其(qí)感覺“不黑但是足夠暗”。 但LED燈泡控制輸出的電流量很小并且非常難控制。
人們可(kě)能(néng)會(huì)考慮不依賴現有的調光器。但很少有人願意僅因爲更換燈泡，就(jiù)動工更換調光設備和電線接線。所(suǒ)以，爲了改善LED燈泡本身的調光性能(néng)，我們需要(yào / yāo)給燈泡安裝上功能(néng)部件。
“事(shì)實上，（功能(néng)部件）很難安裝。因爲如(rú)果那(nà)樣做，電源電路的體積會(huì)變得(dé / de / děi)很大，甚至比燈泡的還要(yào / yāo)大。顯然，這是不現實的。”（大武先生(shēng)）
在LED燈泡中，與光源部相比，
電源電路的體積較大
電源電路的小型化是大武先生(shēng)的開發(fā／fà)團隊正在研究的課題。他們的關注點是氮化镓（(Gallium Nitride、GaN)，一種因諾貝爾獎而(ér)聞名的藍色LED材料。
二、在吊燈上安裝LED
氮化镓（GaN）是著名的藍光LED材料，它的開發(fā／fà)者也因此獲得(dé / de / děi)了2014年(nián)諾貝爾物理學獎。當該材料用(yòng)于(yú)晶體管時，與傳統矽半導體相比，其(qí)傳導損耗1更小且可(kě)更高速運轉2。它是下(xià)一代半導體材料之一。
1：傳導損耗是指電流流過(guò)産生(shēng)的熱量（電力）。傳導耗損越小，消耗的功率（損耗）越小，半導體的性能(néng)則越高。由于(yú)損耗會(huì)變爲熱量，因此需要(yào / yāo)散熱機等部件。
2：用(yòng)于(yú)電源電路開關的晶體管高速重複開/關，每單位時間的操作次數取決于(yú)其(qí)使用(yòng)的半導體材料。與現有材料矽相比，GaN材料可(kě)以實現10倍以上的操作。
“我認爲，要(yào / yāo)實現電路闆上的元件小型化，隻能(néng)提高半導體的性能(néng)。GaN材料不僅可(kě)以提高工作頻率，還能(néng)縮小周圍部件的體積。而(ér)且，即使流過(guò)相同電量的電流，GaN材料損失的電力和散熱機構部件的體積也都相對(duì)較小。”（大武先生(shēng)）
大武先生(shēng)
以這種方式，我們順利實現了電路的小型化，也成功地将抑制閃爍的電氣功能(néng)部件和光學控制部件安裝在了LED燈泡上。從此，LED燈泡就(jiù)擁有了了與白熾燈泡相同的尺寸與功能(néng)。搭載了該氮化镓材料的LED燈泡廣泛應用(yòng)于(yú)各種場合，其(qí)中之一就(jiù)是日本明治紀念館的蓬萊間。
日本明治紀念博物館 蓬萊間的吊燈
“2017年(nián)9月，在日本東京的綜合會(huì)議和活動場館、明治紀念館博物館的蓬萊間吊燈裏(lǐ)的白熾燈泡被搭載了氮化镓材料的LED燈泡所(suǒ)取代。重點是它不僅抑制了閃爍，還重現了白熾燈泡的燈絲3亮度”（大武先生(shēng)）。
3：照明設備的配件之一，由細金屬絲構成。在白熾燈泡中，當電流流動時，燈絲會(huì)發(fā／fà)出強烈的光。
吊燈的玻璃珠起到了棱鏡的作用(yòng)。當光線由較小的發(fā／fà)光點進入玻璃珠，會(huì)自(zì)動折射成七種顔色。相反，當它由較大的發(fā／fà)光點入射，進入玻璃珠的光就(jiù)會(huì)從各個方向分别擴散，相互混合後(hòu)再返回到原始的光色。
三、爲了使吊燈閃耀七色光芒，需縮小發(fā／fà)光點
“小發(fā／fà)光點、高亮度的發(fā／fà)光部件可(kě)以使電路部分變小。這樣，吊燈上就(jiù)可(kě)以安裝其(qí)他的光學控制部件了。蓬萊間吊燈能(néng)通過(guò)LED燈泡實現亮度，其(qí)實是 氮化镓材料在發(fā／fà)揮作用(yòng)。”（大武先生(shēng)）
這種搭載了氮化镓材料的LED燈泡榮獲了衆多獎項，包括“2017年(nián)度日本節能(néng)大獎資源能(néng)源廳長官獎（節能(néng)領域）。”
“在開發(fā／fà)過(guò)程中，一個問題解決後(hòu)，還會(huì)有下(xià)一個挑戰在等着(zhe／zhuó／zhāo／zháo)我們。整個過(guò)程，幾經反複，讓人筋疲力盡。雖然電源電路主要(yào / yāo)是由我們研發(fā／fà)的，但氮化镓材料的成功是東芝多個部門同心協力的結果。”（大武先生(shēng)）
LED電源電路研發(fā／fà)團隊成員
沒想到，小小的LED燈泡，背後(hòu)卻蘊含了如(rú)此大的智慧與辛勞。未來，在東芝團隊的不懈努力與執着(zhe／zhuó／zhāo／zháo)追求下(xià)，相信這款搭載了氮化镓的LED燈泡會(huì)在越來越多新的地方被點亮。
滬公網安備 31010102002443号