基於普朗克的量子效應，發出白熾光; 1W 高功率LED發光效率約在70lm/W左右，其中有77%能量以熱的型態表現出來，僅有23%能量以光的型態表現出來，當輸入功率愈高，產生的熱愈多，因此需要更多的散熱元件

納米白熾燈與普朗克的量子學說

時間:2012-06-29 11:40來源:Internet 作者:Internet 點擊: 358 次

  

  

     納米白熾燈（Nano incandescent light bulb）有何意義？與普朗克量子論有何關系？這是一個極为有趣的問題。

        一百多年前，愛迪生（Thomas Edison）發明了白熾燈，從此以後，人類社會告別了夜晚的黑暗。2009年5月12日，美國加州大學ChrisRegan及其研發團隊點亮了一只“納米白熾燈”，具有同样的重大意義。納米白熾燈其實就是由放在真空環境中的“碳納米管”（carbon nanotube）所構成的“納米燈絲”（filament），大約有100個碳原子粗細，其長度大約为2000萬個碳原子那麼長，很細，也很短。注：相比愛迪生的白熾燈絲，這種納米燈絲要細10萬倍，短1萬倍。這是需要我們事先想清楚的事情，請看下圖：

     我們注意，這根納米白熾燈的亮度可以人工“調節”（調節其通過的電流強度），此時，納米燈絲的溫度極高，使其發出明亮的光芒（基於普朗克的量子效應，發出白熾光），而其耗電相對極其微小。由此，我們不難想象：納米白熾燈的美好前景。（注意：我國也要發展節能環保產業）。

          量子論的核心思想是，從納米燈絲發出的光（Light），其能量（Energy）不是數學意義上的“連續統“，而是離散的，必須滿足以下關系式：

公式中的字母”h”表示一個”四海不變“的衡量（即普朗克”常數“)，後面的希腊字母”“代表光的頻率。這就是說，光線的能量E必須等於普朗克常數h的倍數。普朗克常數h的值很小、很小，比納米量級還要小幾個數量級，但是，不能省略不計。......說起普朗克的量子論（學說），話就多的去了。還有所謂的”普朗克長度“（”PlanckLength“）:

          物理測量已經證實：”普朗克長度“相比電子的半徑還要小10¹⁵倍！在這個世界上，比普朗克長度還要短的距離是不存在的。你能想象嗎？且聽下回分解。v

許LED產業一個未來 IEK產業分析師　林志勳/黃孟嬌

LED技術持續快速成長，支持產業成長 就應用角度分析，儘管LED發光效率已遠超過白熾燈與鹵素燈泡，甚至超越大部分的螢光燈源，但為了擴張LED應用領域，降低LED生產成本，LED亮度與發光效率提升仍是近年來LED技術發展重心(見圖四)。 2001年標準型白光LED(20mA)發光效率僅25 lm/W，至2009年初Nichia發表之白光LED，在20mA電流下，其發光效率可達249 lm/W，為目前業界之最。高功率白光LED(350mA)發光效率也由2004年約30 lm/W，截至2008年年底Cree發表161 lm/W產品為業界之最。 LED發光效率除了影響到光通量輸出，以及耗能外，「熱」另外一個重要關鍵，以目前普遍商品化LED發光效率分析(如圖五)，1W 高功率LED發光效率約在70lm/W左右，其中有77%能量以熱的型態表現出來，僅有23%能量以光的型態表現出來，當輸入功率愈高，產生的熱愈多，因此需要更多的散熱元件，導致LED成本提高、可靠度降低，若能提高LED發光效率，LED散熱問題自然可以解決。 圖六表示，LED製程階段中，提升LED發光效率方法。提升LED發光效率，也就是提升LED元件外部可量測到光子數除以外部注入LED電子數間的比例。而影響發光效率主要因素有內部量子效率(Internal Quantum Efficiency)與取光效率(Light Extraction Efficiency)提升。 內部量子效率表示每秒從LED發光層發射出光子數除以每秒從外部注入電子數。簡單說，就是LED元件本身電光轉換效率，主要與元件本身特性如元件材料能帶、缺陷、雜質及元件磊晶組成及結構等相關。 取光效率是指LED內部產生光子，在經過元件本身吸收、折射、反射後實際上在元件外部可量測到光子數目。影響LED取光效率因素包括LED電特性(Electrical Efficiency)、LED晶粒取光效率(Extraction Efficiency)、與LED封裝效率(Packaging Efficency)。目前LED受限於材料吸收及電流分佈不均以及臨界角損失等因素，以致於發光層所發出光量，僅有少部分真正能從LED向外發出。換言之，縱使LED內部量子效率極高，但是在LED外部所能真正接收到光卻很少，因此LED取光效率提升仍有很大技術瓶頸待克服。