照亮21世纪:蓝光LED为何能获得今年诺贝尔奖

作 者:阳敏 晨风 来 源:新浪科技发表日期:2014-10-08

 

10月7日下午,瑞典皇家科学院宣布,将2014年诺贝尔物理学奖联合授予日本科学家的赤崎勇(Isamu Akasaki),天野浩(Hiroshi Amano )以及美国加州大学圣巴巴拉分校的美籍日裔科学家中村修二(Shuji Nakamura ),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),为能源节省开拓了新空间。
英国剑桥大学教授科林·汉弗瑞爵士(Sir Colin Humphreys)指出:“这是一项巨大的成就,赤崎勇,天野浩和中村修二当之无愧。他们发明的蓝光LED技术为研发明亮而节能的灯具,更高效的照明技术铺平了道路。”
将新开发的蓝光LED光源与已有的红光与绿光LED光源结合,人们终于可以通过三原色原理产生更加自然和实用的白光照明光源。这三位获奖人将共同分享800万瑞典克朗(约合120万美元)的奖金。他们也因此与该奖项自1901年颁发以来获奖的共196名德高望重的学者一同被铭记在那长长的榜单之上。
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,其得主中后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”。被告知获奖的消息时,正在日本的中村修二教授还在睡觉,他对记者表示:“这简直难以置信。”
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,空日持久的官司也让他广为人知。
在中村修二研制成功突破性的蓝光LED技术之后,日亚化学剥夺了他的专利权,因为根据日本传统,员工必须为公司牺牲一切,对公司而言,科学家和工程师就跟普通的员工没有什么两样,因此也根本不可能跟他们签订类似美国公司中那种规定个人科研成果的利益分成协议。
当时日亚化学公司付给中村修二有关他发明蓝光LED的奖金仅有区区2万日元,按照当时的汇率约为200美元。于是在2001年,愤怒的中村修二将自己的雇主告上法庭,双方对薄公堂。最终法院裁决日亚化学公司应当支付给中村修二200亿日元,按照当时汇率约合2亿美元的费用。这一巨大的金额震惊了当时的日本社会,但法院认为这一判决是相当公正的,因为他们评估后认为中村修二的发明成果至少价值600亿日元,约合5.8亿美元。
但当事方日亚化学公司不服裁决并向高等法院提起上诉,最终历经4年漫长而痛苦的拉锯战,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。中村修二无奈接受了这一结果。
华灿光电股份有限公司总裁刘榕博士告诉记者,他2003年在美国亚利桑那州立大学读博士的时候,与日本名城大学的天野浩教授有过项目上的合作,开发一种紫外光的LED。“他人很好,很愿意帮助别人,相互交流也没什么保留,对自己的研究非常投入,做了几十年。”
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。
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。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。
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。其后,黄光二极管也迅速面世。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,蓝光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。
诺贝尔奖委员会主席,瑞典查尔姆斯理工大学的皮尔·德尔辛教授(Per Delsing)介绍了此次获奖人成果的来之不易,他说:“有趣的是,很多大公司此前都曾尝试做这件事,但他们都失败了。但这几个人就是坚持着不肯放弃,他们一次又一次的实验,并最终取得了成功。”
现在,采用蓝光LED技术的产品进入了全世界的千家万户,它为你照明,它存在于你的相机和手机里。在全世界各地的办公室和家庭,白色灯光照亮了屋子,而它们所耗费的能源则要比白炽灯和日关灯小得多。在颁奖词中,诺贝尔奖委员会写道:“白炽灯照亮20世纪,而LED灯将照亮21世纪。”
由于全世界有1/4的电力被用于照明用途,更加节能高效的灯具在全球压缩二氧化碳排放的大背景下将具有愈发重要的意义。LED灯还将帮助全球超过15亿人告别没有照明的时代,LED灯更低的能耗将让采用当地太阳能小型电站电力实现照明成为可能。
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