你可能不知道什么是高亮度藍色發(fā)光二極管但它存在于千家萬戶和我們生活的方方面面如果沒有它明亮節(jié)能的LED燈就不可能出現(xiàn)你的手機和電視屏幕也不可能那么亮麗多彩

20世紀90年代初赤崎勇天野浩和中村修二三位科學家從半導體中獲得了第一道藍光幫助人們以更節(jié)能的方式獲得白色光源依據(jù)這一原理制成的LED燈橫空出世照明技術(shù)革命的大門由此打開

10月7日2014年諾貝爾物理學獎花落這三位科學家他們的發(fā)明具有革命性在頒獎詞中諾貝爾獎評選委員會寫道白熾燈照亮20世紀而LED燈將照亮21世紀

另辟蹊徑找到藍色火種

藍光LED雖然已經(jīng)司空見慣但節(jié)能照明技術(shù)革命的大門卻由這‘藍色火種’打開河北師范大學物理科學與信息工程學院副教授陸偉表示

事實上上世紀60年代美國科學家就使用磷砷化鎵材料制成了紅色發(fā)光二極管此后綠色發(fā)光二極管也誕生但藍光LED卻遲遲沒有進展然而只有紅藍綠三基色同時起作用才能產(chǎn)生白色光源沒有藍光LED便無法制造出白光LEDLED照明的功能便不存在盡管科學界付出了巨大努力但產(chǎn)生藍色光源的技術(shù)仍然難產(chǎn)超30年之久

以往的晶體材料和工藝都沒辦法產(chǎn)生能量更高的藍光藍光LED因在材料結(jié)晶環(huán)節(jié)遇阻而被斷言難以在20世紀實現(xiàn)因此需要尋找新的半導體材料

其實這種材料已經(jīng)準備好了陸偉說這種能激發(fā)更高能量的材料就是氮化鎵但問題是怎樣把它做成高質(zhì)量的實用半導體材料

其實很多科學家都知道氮化鎵物理學上關(guān)于這種材料的能帶結(jié)構(gòu)P-N導電類型調(diào)控以及發(fā)光特性也有大量理論和實驗上的成果但真正讓人頭疼的是要實現(xiàn)這種材料的器件化必須使基板材料和氮化鎵晶格匹配而且氮化鎵天生就難以生長出整塊單晶

因為這一難題很多科學家都跟風去開發(fā)新半導體材料了正如中村修二后來打趣說因為大公司的研發(fā)力量把新材料開發(fā)的山頭都占滿了他只有另辟蹊徑走別人不走的路

1986年日本科學家赤崎勇和他的學生天野浩成功生長出透明沒有表面崩裂的氮化鎵薄膜稍后赤崎勇等人又進一步改善了氮化鎵薄膜的工藝生長出的氮化鎵薄膜具有完美的晶格排列經(jīng)過反復實驗他們成功制成了氮化鎵結(jié)晶并于1989年在全球首次實現(xiàn)了藍光LED

1992年中村修二在日本日亞化學公司工作主要開發(fā)磷化鎵砷化鎵等LED材料他以不同于天野浩的工藝研制出了低阻P型氮化鎵還生長出了銦鎵化氮的薄膜這種薄膜通過調(diào)節(jié)銦的摻入能夠激發(fā)出從綠光到紫外光范圍內(nèi)的不同波長的光1993年中村修二展示出了第一顆使用銦鎵化氮/氮化鎵材料系統(tǒng)的藍光LED

1994年4月當中村修二在美國舊金山舉辦的春季材料會議上打開他發(fā)明的藍色激光器那一瞬間整個會議廳的科學家們?nèi)缤『⒖礋熁鹨话?span id="3hu9ngc" class="myIcon">不斷發(fā)出贊嘆的聲音

在藍光LED的基礎(chǔ)上日亞公司進一步在藍光LED晶片上覆蓋黃綠光熒光粉藍光激發(fā)熒光粉發(fā)出黃綠光黃綠光再和剩余的藍光進一步合成白光白光LED由此誕生

打開自由表現(xiàn)色彩的大門

英國劍橋大學教授科林漢弗瑞爵士SirColinHumphreys稱這是一項巨大的成就赤崎勇天野浩和中村修二當之無愧他們發(fā)明的藍光LED技術(shù)為研發(fā)明亮而節(jié)能的燈具更高效的照明技術(shù)鋪平了道路

在高亮度藍色發(fā)光二極管發(fā)明之后使得人們能夠得到節(jié)電效率高持久性強的白色光源改變了人們生活和工作的照明條件陸偉如是說目前三位科學家正在不斷完善自己的成果以得到更高效的光通量最新的紀錄是300流明/瓦相當于16個普通燈泡和接近70個熒光燈更值得一提的是LED壽命高達10萬小時一盞LED燈能做到點亮10年以上而白熾燈只可用1000小時熒光燈可用10000小時

憑其高效節(jié)能的特性LED燈還擁有幫助全球沒有電力網(wǎng)絡(luò)的15億人告別無照明時代的可能白熾燈電能轉(zhuǎn)化為光能的轉(zhuǎn)化率僅為1%2%而LED的電光轉(zhuǎn)換效率理論上超過50%它需要的電壓很低幾個伏特就能發(fā)光目前全世界的照明耗費了20%以上的電力供應(yīng)使用LED燈泡后這一比例會下降到4%這在許多依靠低成本太陽能供電的不發(fā)達地區(qū)及全球15億尚未受益于電網(wǎng)的人口來說無疑帶來光明的希望

而在陸偉看來藍光LED的意義不僅限于如此正是因為這一發(fā)明人類可以制造出任何想要的LED光藍色發(fā)光二極管不僅使得白光可以以一種新的方式創(chuàng)造出來而且因為藍光二極管的出現(xiàn)人們由此補齊了三基色使得電視墻LED電視成為現(xiàn)實可說是進入了自由的境界

藍光LED的發(fā)明打開了自由表現(xiàn)色彩的大門近年來室外的大屏幕及信號器相繼問世藍色激光器則使容量大于DVD的藍光光碟的誕生成為可能

沒有藍光LED的發(fā)明整個LED產(chǎn)業(yè)就不可能存在藍光LED帶來的高效節(jié)能減排的照明變革對于改善能源環(huán)境問題的巨大影響不可估算陸偉說