 红色与绿色发光二极管已经伴随我们超过半个世纪，但我们还需要蓝光的到来才能彻底革新整个照明技术领域，因为只有完整的采用红、绿、蓝三原色之后，我们才能产生照亮我们世界的白色光源。 LED将闪耀21世纪 “他们以一种最理想的方式重新创造了光”。2014年诺贝尔物理学奖专家委员会的主席、瑞典查尔姆斯理工大学教授皮尔·德尔辛（PerDelsing）在发布会现场说。 爱迪生的白炽灯照亮了20世纪，而21世纪将闪耀在LED之下。 2014年度诺贝尔物理学奖授予日本名古屋大学的赤崎勇，天野浩以及美国加州大学圣巴巴拉分校的中村修二，以表彰他们在发明一种新型高效节能光源方面的贡献，即蓝色发光二极管(LED)。根据阿尔弗雷德·诺贝尔的遗嘱：诺贝尔奖授予那些对全人类的福祉作出重大贡献的成就，通过蓝色LED技术的应用，人类可以使用一种全新的手段产生白色光源。相比旧式的灯具，LED灯具有更加持久且高效的优点。 红色与绿色发光二极管已经伴随我们超过半个世纪，但我们还需要蓝光的到来才能彻底革新整个照明技术领域，因为只有完整的采用红、绿、蓝三原色之后，我们才能产生照亮我们世界的白色光源。尽管工业界和学界付出了巨大的努力，但产生蓝色光源的技术挑战仍然持续了超过30年之久。 当时，赤崎勇和天野浩在日本名古屋大学工作，而中村修二当时则在位于四国岛上的德岛市内一家名为“日亚化学”(NichiaChemicals)的小公司工作。当他们通过半导体产生出蓝色光源时，照明技术革命的大门打开了。白炽灯照亮了整个20世纪，而21世纪将是LED灯的时代。 电能直接转换为光子 一个发光二极管由数层半导体材料构成。在LED灯中，电能被直接转换为光子，这大大提升了发光的效能，因为在其他灯具技术中，电能首先是被转化为热，只有很小一部分转化成了光。白炽灯和卤钨灯一样，电流被用于加热一根灯丝，从而实现发光。在日光灯管中(此前这种灯泡曾经被称为低耗能灯泡，但随着LED灯技术的出现，这一名称失去了意义)，气体进行放电，在此过程中同时发热并发光。 因此，新型的LED灯相比旧式的灯具，实现相同发光效率所消耗的能源就要低得多。另外，LED技术目前仍在不断被改进，其发光效率还在不断提升。最新的记录已经突破了300流明/瓦，而一般的灯泡这一指标是16，日光灯则是70。考虑到目前全球有大约1/4的电力用于照明目的，高效节能的LED灯技术对于全球的节能工作具有重大意义。 LED技术与手机、电脑，以及所有其他基于量子现象原理的现代技术一样，源于同样的工程技术手段。一根发光二极管内包括几个分层：n层带有多余负电荷，p层则电子数不足，你也可以将其理解为这里存在多余的带有正电的空洞，或“正电穴”。 在它们之间是一层活动层，当向半导体施加一个电压，就会驱动带负电的电子层与正电穴层之间的相互作用。当电子与正电穴相遇，两者就会结合并产生光线。这一过程产生光线的波长完全取决于半导体的性质。蓝光波长很短，只有某些特定材料可以产生这一波长的光线。 诺奖得主 赤崎勇现年85岁，1964年获名古屋大学博士学位，1981年起任名古屋大学教授，现为日本名城大学终身教授、名古屋大学特聘教授。54岁的天野浩与赤崎勇是师生关系，现为日本名城大学教授。 赤崎勇和天野浩在氮化镓研究中，首次实现了氮化镓的PN结，为利用氮化镓材料制造蓝色发光二极管奠定了基础。2009年11月10日，赤崎勇获得2009年度京都奖尖端技术领域的奖项。京都奖自1985年始设立，面向尖端技术、基础科学、思想和艺术3大领域，其得主中有数位又将诺贝尔奖收入囊中。 60岁的中村修二为蓝光二极管和青紫光二极管的发明者，被称为“蓝光之父”。中村修二于1979年获德岛大学电子工程硕士学位，并于同年加入日亚化学。他于1993年发明蓝光二极管，1997年开发出青紫光二极管，1999年离开日亚公司，其后任教于美国加州大学圣巴巴拉分校。中村修二与日亚公司后因专利问题发生诉讼纠纷，旷日持久的官司也让他广为人知。 “2006年，蓝光发光二极管就拿下了千年技术奖，获得100万欧元的奖金”，中国科学院物理所研究员丁洪说，“千年技术奖”是迄今世界上颁发的奖金数额最高的科技奖，每两年颁发一次，以表彰在科研或发明领域作出重大成就的个人或研究小组。 主要从事氮化镓基蓝、绿光系列高质量LED研发和生产的武汉华灿光电(300323,股吧)股份有限公司，其总裁刘榕博士曾经与天野浩的团队有过合作。在刘榕看来，天野浩和赤崎勇两人最重要的工作，就是在1990年前后，发现了P型掺杂氮化镓材料，解决了蓝光LED的P极材料的导电问题，否则蓝色的LED做不出来。中村修二过去是做荧光粉的日亚公司的工程师，1992年左右，在赤崎勇和天野浩的结果出来后，用更简便的方法实现了P型掺杂，后来应邀去美国做教授。 “他们几乎是在同一时段进行实验并最终取得成果，接着又互相提高对方的实验成果”。皮尔·德尔辛教授说。 蓝光的意义 LED研发的历史已经很长，红光二极管最早诞生于20世纪70年代。绿光二极管也已存在多年。众所周知，红色、绿色和蓝色三色叠加就会得到白色的光，这个道理牛顿早在1671年就告诉了我们。然而，蓝光二极管的研发却困难重重，这曾被认为是二十世纪不可能完成的任务。 而蓝光LED的出现，正在改变照明工业的历史。刘榕介绍，白光LED既节电又环保，耗电量比常规的白炽灯节省90%，比荧光灯节省30%~40%，而且不含汞，是绿色环保的理想新光源。最近的一次纪录达到300流明/瓦，这相当于16个普通灯泡、近70个荧光灯。这是诺贝尔物理学奖新闻发布会上给出的一组数据。“理论上，每一次你将一个电子放进一个空穴（holes）里，就能得到一点光。而LED光源就在接近这个目标。接下来很难找到比这更好的方法。”皮尔·德尔辛教授说，提高还会有，可能是一点点进步，但绝不会十倍于它，已经没有那种空间了。 现在天野浩教授仍然在做紫外LED的研究。刘榕博士说，现在照明上的科学问题已经基本上解决了，只是工程上的改进，紫外LED的效率还要提高，因为从蓝光到深紫外光，要求材料中的氮化铝比例越来越高，这使得P型材料导电性越来越差，器件的效率难以提高。值得一提的是，高效的紫外光LED技术将对便捷安全的细菌消杀设备提供重要的基础。 |
