科技發(fā)展的浪潮改變著(zhù)人類(lèi)生活的方方面面。不知不覺(jué)之間，LED燈泡已漸漸取代傳統的白熾燈泡，走進(jìn)了千家萬(wàn)戶(hù)，照亮了生活的各個(gè)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(zhù)。在這一期的匠心芝語(yǔ)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(jìn)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光性能。燈泡的調光性能對于日常應用來(lái)說(shuō)，非常重要。例如：在劇院和電影院中，放映前通常會(huì )采用漸弱方法調暗燈光環(huán)境，以便觀(guān)眾將情緒轉移到作品上。這需要漸漸調暗燈泡的光線(xiàn)，等光線(xiàn)暗到肉眼無(wú)法識別周?chē)h(huán)境之后再完全關(guān)閉。

為了節約能源，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(chǎng)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光性能有關(guān)：傳統LED燈泡的調光性能比白熾燈差。傳統的LED燈泡不僅很難將光線(xiàn)聚集到最大，也容易出現明顯的閃爍現象。除調光性能外，LED的劣質(zhì)顏色和偏大尺寸也使得它無(wú)法安裝在吊燈等現有照明設備上。

因此，改進(jìn)傳統的LED燈泡調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(huì )閃爍？

“傳統的LED燈泡會(huì )閃爍，是因為調光器的設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，調光器自然會(huì )產(chǎn)生故障?！?/p>

東芝照明技術(shù)株式會(huì )社
技術(shù)品質(zhì)統籌部 大武寬和先生

這是東芝照明技術(shù)株式會(huì )社技術(shù)品質(zhì)統籌部大武寬和先生指出的。調光器、燈泡分別安裝在房屋中，用于調節燈光量。據大武先生指出，燈光淡入/淡出的問(wèn)題也是由于LED燈泡與調光器的不兼容而造成的。

當白熾燈泡與調光器組合時(shí)，可適當調暗亮度以使其感覺(jué)“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(huì )考慮不依賴(lài)現有的調光器。但很少有人愿意僅因為更換燈泡，就動(dòng)工更換調光設備和電線(xiàn)接線(xiàn)。所以，為了改善LED燈泡本身的調光性能，我們需要給燈泡安裝上功能部件。

“事實(shí)上，（功能部件）很難安裝。因為如果那樣做，電源電路的體積會(huì )變得很大，甚至比燈泡的還要大。顯然，這是不現實(shí)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(kāi)發(fā)團隊正在研究的課題。他們的關(guān)注點(diǎn)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(zhù)名的藍光LED材料，它的開(kāi)發(fā)者也因此獲得了2014年諾貝爾物理學(xué)獎。當該材料用于晶體管時(shí)，與傳統硅半導體相比，其傳導損耗¹更小且可更高速運轉²。它是下一代半導體材料之一。
1：傳導損耗是指電流流過(guò)產(chǎn)生的熱量（電力）。傳導耗損越小，消耗的功率（損耗）越小，半導體的性能則越高。由于損耗會(huì )變?yōu)闊崃?，因此需要散熱機等部件。
2：用于電源電路開(kāi)關(guān)的晶體管高速重復開(kāi)/關(guān)，每單位時(shí)間的操作次數取決于其使用的半導體材料。與現有材料硅相比，GaN材料可以實(shí)現10倍以上的操作。

“我認為，要實(shí)現電路板上的元件小型化，只能提高半導體的性能。GaN材料不僅可以提高工作頻率，還能縮小周?chē)考捏w積。而且，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較小?！保ù笪湎壬?/p>

大武先生

以這種方式，我們順利實(shí)現了電路的小型化，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燈泡廣泛應用于各種場(chǎng)合，其中之一就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9月，在日本東京的綜合會(huì )議和活動(dòng)場(chǎng)館、明治紀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(diǎn)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）。
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(dòng)時(shí)，燈絲會(huì )發(fā)出強烈的光。

吊燈的玻璃珠起到了棱鏡的作用。當光線(xiàn)由較小的發(fā)光點(diǎn)進(jìn)入玻璃珠，會(huì )自動(dòng)折射成七種顏色。相反，當它由較大的發(fā)光點(diǎn)入射，進(jìn)入玻璃珠的光就會(huì )從各個(gè)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(diǎn)

“小發(fā)光點(diǎn)、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(guò)LED燈泡實(shí)現亮度，其實(shí)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年度日本節能大獎資源能源廳長(cháng)官獎（節能領(lǐng)域）?！?/p>

“在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，一個(gè)問(wèn)題解決后，還會(huì )有下一個(gè)挑戰在等著(zhù)我們。整個(gè)過(guò)程，幾經(jīng)反復，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(gè)部門(mén)同心協(xié)力的結果?！保ù笪湎壬?/p>

LED電源電路研發(fā)團隊成員

沒(méi)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(lái)，在東芝團隊的不懈努力與執著(zhù)追求下，相信這款搭載了氮化鎵的LED燈泡會(huì )在越來(lái)越多新的地方被點(diǎn)亮。