科技發(fā)展的浪潮改變著人類生活的方方面面。不知不覺之間，LED燈泡已漸漸取代傳統(tǒng)的白熾燈泡，走進了千家萬戶，照亮了生活的各個角落。然而，這漸為人們所熟悉的LED燈泡也在不斷更新變化著。在這一期的匠心芝語里，我們就將跟隨東芝照明科技研發(fā)小組的腳步，一起去看看LED燈泡的進階之路！

在講到LED燈泡的更新?lián)Q代之前，我們不得不先提到燈泡的調(diào)光性能。燈泡的調(diào)光性能對于日常應(yīng)用來說，非常重要。例如：在劇院和電影院中，放映前通常會采用漸弱方法調(diào)暗燈光環(huán)境，以便觀眾將情緒轉(zhuǎn)移到作品上。這需要漸漸調(diào)暗燈泡的光線，等光線暗到肉眼無法識別周圍環(huán)境之后再完全關(guān)閉。

為了節(jié)約能源，生活中大部分的白熾燈泡已經(jīng)被更換為了LED燈泡。但劇院、電影院、酒店等場所的燈泡卻很難被成功更換。為什么呢？最主要的原因與我們在上面提到調(diào)光性能有關(guān)：傳統(tǒng)LED燈泡的調(diào)光性能比白熾燈差。傳統(tǒng)的LED燈泡不僅很難將光線聚集到最大，也容易出現(xiàn)明顯的閃爍現(xiàn)象。除調(diào)光性能外，LED的劣質(zhì)顏色和偏大尺寸也使得它無法安裝在吊燈等現(xiàn)有照明設(shè)備上。

因此，改進傳統(tǒng)的LED燈泡調(diào)光性能成了東芝照明研發(fā)的重中之重。而針對以上難題，東芝也給出了完美的解決方案——東芝新型LED燈泡。

一、為什么LED燈泡會閃爍？

“傳統(tǒng)的LED燈泡會閃爍，是因為調(diào)光器的設(shè)計匹配的是舊有的白熾燈泡。在這種情況下，安裝與白熾燈泡性能不同的LED燈泡，調(diào)光器自然會產(chǎn)生故障。”

東芝照明技術(shù)株式會社
技術(shù)品質(zhì)統(tǒng)籌部 大武寬和先生

這是東芝照明技術(shù)株式會社技術(shù)品質(zhì)統(tǒng)籌部大武寬和先生指出的。調(diào)光器、燈泡分別安裝在房屋中，用于調(diào)節(jié)燈光量。據(jù)大武先生指出，燈光淡入/淡出的問題也是由于LED燈泡與調(diào)光器的不兼容而造成的。

當(dāng)白熾燈泡與調(diào)光器組合時，可適當(dāng)調(diào)暗亮度以使其感覺“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。

人們可能會考慮不依賴現(xiàn)有的調(diào)光器。但很少有人愿意僅因為更換燈泡，就動工更換調(diào)光設(shè)備和電線接線。所以，為了改善LED燈泡本身的調(diào)光性能，我們需要給燈泡安裝上功能部件。

“事實上，（功能部件）很難安裝。因為如果那樣做，電源電路的體積會變得很大，甚至比燈泡的還要大。顯然，這是不現(xiàn)實的?！保ù笪湎壬?/p>

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的開發(fā)團隊正在研究的課題。他們的關(guān)注點是氮化鎵（(Gallium Nitride、GaN)，一種因諾貝爾獎而聞名的藍色LED材料。

二、在吊燈上安裝LED

氮化鎵（GaN）是著名的藍光LED材料，它的開發(fā)者也因此獲得了2014年諾貝爾物理學(xué)獎。當(dāng)該材料用于晶體管時，與傳統(tǒng)硅半導(dǎo)體相比，其傳導(dǎo)損耗¹更小且可更高速運轉(zhuǎn)²。它是下一代半導(dǎo)體材料之一。
1：傳導(dǎo)損耗是指電流流過產(chǎn)生的熱量（電力）。傳導(dǎo)耗損越小，消耗的功率（損耗）越小，半導(dǎo)體的性能則越高。由于損耗會變?yōu)闊崃?，因此需要散熱機等部件。
2：用于電源電路開關(guān)的晶體管高速重復(fù)開/關(guān)，每單位時間的操作次數(shù)取決于其使用的半導(dǎo)體材料。與現(xiàn)有材料硅相比，GaN材料可以實現(xiàn)10倍以上的操作。

“我認為，要實現(xiàn)電路板上的元件小型化，只能提高半導(dǎo)體的性能。GaN材料不僅可以提高工作頻率，還能縮小周圍部件的體積。而且，即使流過相同電量的電流，GaN材料損失的電力和散熱機構(gòu)部件的體積也都相對較小?！保ù笪湎壬?/p>

大武先生

以這種方式，我們順利實現(xiàn)了電路的小型化，也成功地將抑制閃爍的電氣功能部件和光學(xué)控制部件安裝在了LED燈泡上。從此，LED燈泡就擁有了了與白熾燈泡相同的尺寸與功能。搭載了該氮化鎵材料的LED燈泡廣泛應(yīng)用于各種場合，其中之一就是日本明治紀(jì)念館的蓬萊間。

日本明治紀(jì)念博物館 蓬萊間的吊燈

“2017年9月，在日本東京的綜合會議和活動場館、明治紀(jì)念館博物館的蓬萊間吊燈里的白熾燈泡被搭載了氮化鎵材料的LED燈泡所取代。重點是它不僅抑制了閃爍，還重現(xiàn)了白熾燈泡的燈絲³亮度”（大武先生）。
3：照明設(shè)備的配件之一，由細金屬絲構(gòu)成。在白熾燈泡中，當(dāng)電流流動時，燈絲會發(fā)出強烈的光。

吊燈的玻璃珠起到了棱鏡的作用。當(dāng)光線由較小的發(fā)光點進入玻璃珠，會自動折射成七種顏色。相反，當(dāng)它由較大的發(fā)光點入射，進入玻璃珠的光就會從各個方向分別擴散，相互混合后再返回到原始的光色。

三、為了使吊燈閃耀七色光芒，需縮小發(fā)光點

“小發(fā)光點、高亮度的發(fā)光部件可以使電路部分變小。這樣，吊燈上就可以安裝其他的光學(xué)控制部件了。蓬萊間吊燈能通過LED燈泡實現(xiàn)亮度，其實是 氮化鎵材料在發(fā)揮作用?！保ù笪湎壬?p>

這種搭載了氮化鎵材料的LED燈泡榮獲了眾多獎項，包括“2017年度日本節(jié)能大獎資源能源廳長官獎（節(jié)能領(lǐng)域）?！?/p>

“在開發(fā)過程中，一個問題解決后，還會有下一個挑戰(zhàn)在等著我們。整個過程，幾經(jīng)反復(fù)，讓人筋疲力盡。雖然電源電路主要是由我們研發(fā)的，但氮化鎵材料的成功是東芝多個部門同心協(xié)力的結(jié)果?！保ù笪湎壬?/p>

LED電源電路研發(fā)團隊成員

沒想到，小小的LED燈泡，背后卻蘊含了如此大的智慧與辛勞。未來，在東芝團隊的不懈努力與執(zhí)著追求下，相信這款搭載了氮化鎵的LED燈泡會在越來越多新的地方被點亮。