编辑手记
照明行业终于也有技术拿诺贝尔奖了,起风了,你准备好起飞了吗?别听雷布斯瞎说,就算在风口,猪也是飞不起来的,因为风口已经太拥挤了,好多聪明人呢。
据诺贝尔奖官方网站消息,2014年诺贝尔物理学奖于当地时间7日揭晓,得主是开发蓝色发光二极管(LED),助人们以更节能的方式获得白色光源的赤崎勇(Isamu Akasaki)、天野浩(HiroshiAmano)和中村修二(Shuji Nakamur),他们将平分800万瑞典克朗(约合111万美元)的奖金。颁奖仪式将于12月10日在斯德哥尔摩举行。
图:2014年诺贝尔物理学奖得主于瑞典皇家科学院公布,从左至右分别是:赤崎勇、天野浩、中村修二
赤崎勇(85岁)
日本工程学、物理学家,曾任松下电器研究员,现任名城大学终身教授、名古屋大学特聘教授。赤崎勇开发了氮化镓结晶化技术,并与天野浩完成世界第一个高亮度的蓝色发光二极管。
天野浩(54岁)
日本工程学家,专长半导体器件制造,现任名城大学、名古屋大学教授。与赤崎勇完成世界第一个高亮度的蓝色发光二极管。
中村修二(60岁)
日本电子工程学家,高亮度蓝色发光二极管与青紫色激光二极管的发明者,现任美国加州大学圣塔芭芭拉分校教授、爱媛大学客座教授。
LED灯点亮21世纪
诺贝尔物理学奖评选委员会的声明说,3名科学家上世纪90年代早期通过半导体导出蓝色光束,却为照明领域的发展带来了根本性转变。
LED光源与传统光源相比具有节能、耐久等优势。红光LED和绿光LED早已发明,但长期以来制造蓝光LED因在材料结晶环节遇阻而成为一个难题,缺少了三原色中的蓝色,就无法获得可用于照明且让消费者感受舒适的白色LED光源。
1973年,当时在松下电器公司东京研究所的赤崎勇最早开始了蓝光LED的研究。后来,赤崎勇和天野浩在名古屋大学合作进行了蓝光LED的基础性研发,1989年首次研发成功了蓝光LED。
随后,当时在德岛县日亚化学工业公司当技术员的中村修二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。中村还发明了蓝色半导体激光器,他的实用化研究让该公司于1993年首次推出LED照明成品,并在全球首次将这两项发明投入实际生产,从而引发了照明技术革新。中村于1999年从日亚化工辞职并赴美担任大学教授。
图:发光二极管(LED)工作原理
蓝色LED的发明打开了自由表现色彩的大门,室外的大屏幕及信号器相继问世。蓝色激光器则使容量大于DVD的蓝光光碟的诞生成为可能。
将蓝色LED与黄色荧光物质结合制成的白色LED在迅速普及的过程中替代了白炽灯泡及荧光灯,LED灯高效节能且寿命长久,能持续照亮约10万小时,而白炽灯和荧光灯的寿命仅为1000小时和1万小时。这种灯诞生以来也一直在不断提高发光效率,最新纪录达到了每瓦功率产生300流明的亮度,相当于白炽灯的15倍。
蓝色LED的出现使节电的高亮度照明器材成为可能,极大改变了人们的生活,并因此受到高度评价。
“他们的发明具有革命性,”声明说,“白炽灯点亮了20世纪,21世纪将由LED灯点亮。”
LED灯让全球受益
按照评选委员会的说法,这项只有“20岁”的“年轻”发明之所以获奖,是因为这种用全新方式创造的白色光源已经“让我们所有人受益”。
根据研究数据,多数高级LED灯的能耗可以低至普通灯泡的不到二十分之一,但耐久度分别是荧光灯和白炽灯的10倍和100倍,且照明效果更加稳定。
因为全球发电总量的大约四分之一用于照明目的,LED灯的面世对节省全球资源贡献不小。如今,不少国家正推动向LED照明领域转变,以节省更多照明所需的电力乃至资源。
评选委员会还认为,LED灯对电力的要求非常低,依靠当地低成本的太阳能便可使用。这种新型光源的问世为全球15亿未能受益于电网的人口带来了更高生活品质。
马里兰大学联合量子研究所物理学家菲利普·舍韦说,LED照明研究获奖,说明物理学研究可以带来实实在在的益处,而不仅仅是探索宇宙的奥秘。
图:诺贝尔公布现场展示使用蓝光LED拼成的A.Nobel字样
“在他人失败地方获得成功”
赤崎勇教授在获奖后举行的记者会上首先感谢他的研究团队,称“我无法一个人完成这项成果”。
提及成功的秘诀,赤教授强调了研究团队的执着精神。他坦言,不少人之前对他说,他的研究在20世纪结束时也不会取得成果,“但我决没有这么认为……我只是一直在做我希望做的事”。
事实上,科学界先前在发明蓝光LED方面已付出数十年努力,却没有取得突破。诺贝尔奖评选委员会说,3名科学家“在其他人已经失败的地方获得了成功”。
身在美国的中村修二教授于当地时间凌晨接到获奖电话,惊喜之余连道“难以置信”。他随后发表声明,称对获奖感到荣幸,“看到我们的LED照明梦想成真非常令人满意……希望节能的LED灯有助于减少能源消耗,降低全球范围的照明成本”。
没有人能随随便便成功
你以为可以“随随便便成功”吗?且看CREE中国CTO邵嘉平博士的观点:
看到腾讯,澎湃,灯饰报,…… 太多专业和非专业媒体在转发和报道今年诺奖物理学奖的三位得主,但具体他们做了什么开创性工作,基本语焉不详。我来简单介绍一下 I. Akasaki, H. Amano, Shuji Nakamura的具体工作吧。
大约上世纪80年代初中期,基于磷化物,砷化物的红绿 红黄 等 发光二极管 LED差不多搞定了(当然高亮的AlGaInP四元红黄光要HP惠普科学家在80年代末才最终搞定),但蓝光一直没搞定,有做II/VI族的 也有III/V族的,氮化镓GaN最大的问题是缺乏同质衬底,不像GaAs, InP做近红外 红外那样容易做,又是宽禁带,需要更高温度合成(热场条件更苛刻),外延材料的缺陷密度高,空穴掺杂浓度低(形成络合物 掺杂被钝化了),等等,总之一系列问题。大多数欧美科学家 搞化合物半导体研究的 做半导体激光器 发光二极管的,都尝试过,多数均放弃。
这上面三位,前两者在名古屋大学,中村在日亚,坚持不懈搞,比较一根筋(注意:这是极其重要的一点),最起劲用MOCVD搞氮化物外延的主,此前主要是MBE分子束外延,MBE搞出来的缺陷密度要低,但做电子器件行,光电子器件/LED不行。他们动了很多邪乎的招,譬如低能电子束扫描退火LEEB, low energy electron beam 氧气中快速热退火 RTA, rapid thermal annealing(要知道 此前的所有半导体材料 硅锗 砷化镓 磷化铟 都最怕氧气,一般是在惰性气体中退火的)……
当然,赤琦勇他们最开创性地还在于在蓝宝石Sapphire衬底上的低温缓冲层技术 LT Buffer Layer 靠三维岛状结晶 来 释放蓝宝石三角晶系 和 上面 六方相 氮化镓 材料间的 失配,最后获得高品质的蓝绿光发光材料。
比之前两位,中村的工艺水平更高,1 cd量级的高亮度蓝光和白光LED是他最早搞出来 并且 量产,同时,蓝绿光激光器 他也是先驱。说起这个,钟博Barry是中村UCSB学生,你们师门绝学,可以多讲讲。哈哈。
总之,千万不要以为他们是拍脑袋的灵感做出了很牛逼的事情。事实是,他们一根筋地坚持做研究(以十数年计算),本身就很聪明,加上运气好,才有的收获。……
一张图看懂2014诺贝尔物理学奖
温馨提示:回复“LED”查阅微课堂大量关于LED的文章。LED知识哪里强?请来照明微课堂。
本文内容来源于网络,照明微课堂编辑整理,转载请注明出处。
---------------------------------------------