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據(jù)諾貝爾官方網(wǎng)站消息,日本科學(xué)家赤崎勇、天野浩和美籍日裔科學(xué)家中村修二因發(fā)明“高亮度藍(lán)色發(fā)光二極管”榮膺2014年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)選委員會(huì)在聲明中表示,三位獲獎(jiǎng)?wù)咴诎l(fā)明新型高效、環(huán)境友好型光源,即藍(lán)光LED方面做出了巨大的貢獻(xiàn)。借用藍(lán)光LED,白光可以以新的方式被創(chuàng)造出來(lái)。使用LED燈,我們可以擁有更持久和高效的燈光代替原來(lái)的光源,不僅能為人類節(jié)省大量能源,也能照亮全球更多地方。
藍(lán)光LED,姍姍來(lái)遲
1907年,在英國(guó)馬可尼電子公司工作的英國(guó)工程師亨利·約瑟夫-勞德第一次在一塊碳化硅晶體里觀察到電致發(fā)光現(xiàn)象。他在一塊碳化硅晶體的兩個(gè)觸點(diǎn)之間施加了電壓,結(jié)果發(fā)現(xiàn):在低電壓下,可以看到黃光;而在高電壓下,可以看到更多顏色的光,這種“電致發(fā)光”現(xiàn)象也奠定了LED被發(fā)明的物理基礎(chǔ)。
1962年,美國(guó)通用電氣公司34歲的普通研究人員尼克·何倫亞克發(fā)明了可以發(fā)出紅色可見(jiàn)光的LED,他的名字也隨LED的紅光一起紅了起來(lái)。由于何倫亞克的發(fā)明后來(lái)得到了廣泛的應(yīng)用,所以一般稱他為“發(fā)光二極管之父”。1972年,何倫亞克的學(xué)生喬治·克勞福德站在巨人的肩膀上,發(fā)明了第一顆橙黃光LED,其亮度是先前紅光LED的10倍,這標(biāo)志著LED向提高發(fā)光效率方向邁出的第一步。
到了20世紀(jì)70年代末期,LED已經(jīng)出現(xiàn)了紅、橙、黃、綠、翠綠等顏色,并被用于機(jī)器儀器的顯示光源,但依然沒(méi)有藍(lán)光LED。由于光的三原色中包含有紅、綠、藍(lán),藍(lán)色光源的缺失,使得照明的白色光源總是無(wú)法獲得。藍(lán)光LED的市場(chǎng)價(jià)值巨大,也是當(dāng)時(shí)世界性的攻關(guān)難題,引無(wú)數(shù)科學(xué)英雄競(jìng)折腰。
1973年,當(dāng)時(shí)在日本松下電器公司東京研究所的赤崎勇最早開(kāi)始了藍(lán)光LED的研究。后來(lái),赤崎勇和天野浩在名古屋大學(xué)合作進(jìn)行了藍(lán)光LED的基礎(chǔ)性研發(fā),1989年首次研發(fā)成功了藍(lán)光LED。
1993年,在日本日亞化工(Nichia Corporation)工作的39歲的中村修二終于發(fā)明了基于氮化鎵和銦氮化鎵的具有商業(yè)應(yīng)用價(jià)值的藍(lán)光LED,從而引發(fā)了照明技術(shù)的新革命。憑借此項(xiàng)發(fā)明,他榮獲2006年千禧科技獎(jiǎng),這相當(dāng)于科技界的諾貝爾!不久之后,人們?cè)谒{(lán)光LED的基礎(chǔ)上加入黃色熒光粉,就得到了白色光LED,利用這種熒光粉技術(shù)可以制造出任何顏色光的LED(如紫色光和粉紅色光)。藍(lán)光和白光LED的出現(xiàn)拓寬了LED的應(yīng)用領(lǐng)域,使全彩色LED顯示、LED照明等應(yīng)用成為可能。
年輕有為 前途無(wú)量
目前,照明技術(shù)正在經(jīng)歷一場(chǎng)前所未有的變革,也就是從燈泡和熒光燈到LED的變革。1879年,美國(guó)發(fā)明家托馬斯·愛(ài)迪生發(fā)明了燈泡,1882年初春,第一批實(shí)用的白熾燈終于問(wèn)世了,它給千家萬(wàn)戶帶來(lái)了光明和歡樂(lè),白熾燈是愛(ài)迪生對(duì)人類最輝煌的貢獻(xiàn)之一。但愛(ài)迪生發(fā)明的白熾燈也有缺點(diǎn),就是其效率很低,約等16流明/瓦,相當(dāng)于僅有4%的電能轉(zhuǎn)化為光能。1900年,彼得·庫(kù)珀-休伊特于發(fā)明了熒光燈,其效率高達(dá)70流明/瓦。目前的白光LED則超過(guò)300流明/瓦。
被用于照明的白光LED常常建立在高亮度的藍(lán)光LED的基礎(chǔ)之上,后者能激發(fā)一個(gè)熒光磷,這樣藍(lán)色的光被轉(zhuǎn)化成白色的光。這些高質(zhì)量的LED的壽命長(zhǎng)達(dá)10萬(wàn)小時(shí),相比之下,熒光燈的壽命是其十分之一,而白熾燈的壽命為其百分之一。白光LED的成本逐漸降低,市場(chǎng)也在急遽擴(kuò)張。在不久的將來(lái),三色LED可能會(huì)取代藍(lán)光LED和熒光磷的組合用于高亮度照明,這一技術(shù)將使得我們可以對(duì)顏色組成進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制,F(xiàn)在,我們?cè)?a href="http://bataz.cn/sell/">LED市場(chǎng)上就能看到各種新奇的顏色,如淺綠色和粉紅色等。
另外,鑒于照明占據(jù)全球整個(gè)電能消耗的20%—30%,而新的白光LED的能耗僅為普通燈泡的十分之一,所以,白光LED的使用能為人類節(jié)省大量的能源。同時(shí),由于LED的壽命長(zhǎng)達(dá)10萬(wàn)個(gè)小時(shí),和白熾燈泡的1000個(gè)小時(shí)以及熒光燈的1萬(wàn)個(gè)小時(shí)相比,LED又幫助節(jié)省了材料的消耗。
今天,基于氮化鎵的LED已經(jīng)成為很多手機(jī)、平板電腦、計(jì)算機(jī)監(jiān)視設(shè)備、電視屏幕等的背照液晶顯示器的關(guān)鍵技術(shù)。發(fā)出藍(lán)光和紫外線的氮化鎵二極管激光器也被用于高密度的DVD內(nèi),大大促進(jìn)了音樂(lè)、圖片和電影存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展。未來(lái),人們或許可以使用發(fā)紫外線的氮化鎵鋁/氮化鎵LED來(lái)凈化水,因?yàn)樽贤饩可以殺死細(xì)菌、病毒以及微生物的DNA。另外,世界上缺乏電網(wǎng)的人口將超過(guò)15億,LED燈的出現(xiàn)給他們帶來(lái)了希望,因?yàn)長(zhǎng)ED的低功耗,一些當(dāng)?shù)氐牧畠r(jià)太陽(yáng)能就足以為其供電。
盡管只有20歲,但藍(lán)光LED給人類帶來(lái)了極大的福祉,也實(shí)現(xiàn)了諾貝爾獎(jiǎng)創(chuàng)始人阿爾弗雷德·諾貝爾為人類造福的遺愿,得獎(jiǎng)可謂實(shí)至名歸。諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)選委員會(huì)在關(guān)于獲獎(jiǎng)成就的聲明中指出:“白熾燈照亮了20世紀(jì),那么21世紀(jì)將是被LED燈照亮的。”
LED到底能發(fā)展多遠(yuǎn),不得而知。也許某天就能開(kāi)發(fā)出能發(fā)X射線的LED。早期的LED只能應(yīng)用于指示燈、計(jì)算器顯示屏和數(shù)碼手表,但現(xiàn)在開(kāi)始出現(xiàn)在超亮度的領(lǐng)域。大功率LED器件是目前新興的LED產(chǎn)品,主要被用在照明方面,但這項(xiàng)技術(shù)目前還不是很成熟,主要是因?yàn)榇蠊β蔐ED雖然亮度高,但發(fā)熱量也大,“身價(jià)不菲”。
從1907年半導(dǎo)體PN結(jié)發(fā)光理論的提出,到今天LED技術(shù)的無(wú)處不在,期間經(jīng)歷了一個(gè)多世紀(jì),包括赤崎勇、天野浩和中村修二等在內(nèi)的無(wú)數(shù)科學(xué)家為L(zhǎng)ED的發(fā)展付出了巨大的心血,LED所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益將是無(wú)法比擬的。