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2014年诺贝尔物理学奖授予了蓝色发光二极管(LED),为什么蓝色发光二极管那么重要呢,因为没有它我们无法制造出可以用于照明的LED灯泡。
LED灯和以前的白炽灯和日光灯都不同,后者都是单一的发光模式和固定的颜色范围。而LED的光不存在适合照明的白光,因此,虽然在20世纪70年代末期的时候,LED已经出现了红、橙、黄、绿、等颜色,并被用于机器仪器的显示光源,但依然无法用于照明。当然,有一个办法可以解决这个问题,就是用利用红、绿、蓝(RGB)三原色合成白光。如果有了蓝光LED,那么它不仅可以用于照明,还可以用于彩色电视等很多需要显示的地方。但是,虽然红光和绿光LED当时已经问世很久,但是没有蓝光LED一直无法制造出来。全世界科学界和工业界都为此努力了30年,但蓝光LED一直没有研制出来。
1973年,松下公司东京研究所的赤崎勇(AkasakiIsamu)开始了蓝光LED的研究,他和自己的学生天野浩(Amano Hiroshi)在名古屋大学合作进行了蓝光LED的基础性研发,经过反复实验,他们成功制成了氮化镓结晶,并于1989年在全球首次实现了蓝色LED。在此同时,任职于一家小公司(日亚化学工业公司Nichia)的技术员中村修二(Nakamura Shuji),也在独自研究这个课题,在4年时间里,他经过几百次的实验,克服了两个重大工艺难题(一个是高质量氮化镓薄膜的生长,另一个是氮化镓空穴导电的调控),独立研发出了大量生产氮化镓晶体的技术,并成功制成了高亮度蓝色LED。在这不久之后,人们在蓝光LED的基础上加入黄色荧光粉,就得到了白色光LED。蓝光和白光LED的出现使全彩色LED显示、LED照明等应用都成为可能。
当赤崎勇,天野浩和中村修二在20世纪90年代初期看到LED发出的第一道蓝光时,他们还没有意识到他们在20年后会获得诺贝尔奖。
LED灯既持久又节能,它们一直在被改进,使得发光效率越来越高。我所知道的纪录是超过300流明/瓦特,而白炽灯的效率只有10-20流明/瓦特,而日光灯的效率也不过70流明/瓦特。当然,LED灯比日光灯贵很多,但是考虑到LED的使用寿命可达10万小时(实际在美国销售的寿命为1万小时),而白炽灯只可用1000小时,长时间下来,LED灯是能省不少钱的。
讲到蓝光LED,不得不提一下中村修二和他所在公司日亚化学的发明专利的纠纷。中村的研究工作大部分是独自完成的,不过,在他研制出蓝光LED技术之后,日亚化学剥夺了他的专利权,当时日亚化学公司付给中村修二有关他发明蓝光LED的奖金2万日元,按照当时的汇率约为1500人民币。2001年,蓝光LED显示出巨大的市场前景,并且已经有了广泛的应用,中村修二觉得实在太亏了,将公司告上法庭。法院裁决日亚化学公司付给中村修二200亿日元的天价补偿,因为他们评估后认为中村修二的发明成果至少值600亿日元。当然,日亚化学公司不愿意付如此高昂的补偿费,并向高等法院提起上诉,最终经过4年的马拉松官司,高等法院最终裁定日亚化学公司偿付中村修二8.4亿日元,按当时汇率约折合810万美元的费用。中村现任美国加州大学圣塔芭芭拉分校教授,2009年,获得日本人首座哈维奖。
2.26.1蓝光和红光LED