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簡介
2014年諾貝爾物理學獎揭曉。因發(fā)明“高亮度藍色發(fā)光二極管”，日本科學家赤崎勇、天野浩和美籍日裔科學家中村修二共獲殊榮。發(fā)光二極管的英文簡稱是LED，對于這個詞，大多數(shù)國內(nèi)讀者應(yīng)不會陌生，因為LED燈已大量應(yīng)用于我國室內(nèi)外照明等領(lǐng)域，逐步取代白熾燈、熒光燈等傳統(tǒng)照明設(shè)備，成為節(jié)能、環(huán)保、智能化照明的代表。
1973年，在松下電器公司東京研究所的赤崎勇開始了藍光LED的研究。后來，赤崎勇和弟子天野浩在名古屋大學合作進行了藍光LED的基礎(chǔ)性研發(fā)，1989年首次研發(fā)成功了藍光LED。1993年，在日本日亞化工（Nichia）工作的中村修二成功把氮滲入，發(fā)明了基于寬禁帶半導體材料氮化鎵（GaN）和銦氮化稼（InGaN）的具有商業(yè)應(yīng)用價值的藍光LED，從而引發(fā)了照明技術(shù)革新，這類LED在1990年代后期得到廣泛應(yīng)用。
在中村修二研制成功突破性的藍光LED技術(shù)之后，日亞化學剝奪了他的專利權(quán)，根據(jù)日本傳統(tǒng)，員工必須為公司犧牲一切，對公司而言，科學家和工程師就跟普通的員工沒有什么兩樣，因此也根本不可能跟他們簽訂類似美國公司中那種規(guī)定個人科研成果的利益分成協(xié)議。當時日亞化學公司付給中村修二有關(guān)他發(fā)明藍光LED的獎金僅有區(qū)區(qū)2萬日元，按照當時的匯率約為200美元。于是在2001年，憤怒的中村修二將自己的雇主告上法庭。最終法院裁決日亞化學公司應(yīng)當支付給中村修二200億日元，按照當時匯率約合2億美元的費用。這一巨大的金額震驚了當時的日本社會，但法院認為這一判決是相當公正的，因為他們評估后認為中村修二的發(fā)明成果至少價值600億日元（約合5.8億美元）。但當事方日亞化學公司不服裁決并向高等法院提起上訴，最終歷經(jīng)4年拉鋸戰(zhàn)，高等法院最終裁定日亞化學公司償付中村修二8.4億日元，按當時匯率約折合810萬美元的費用。中村修二無奈接受了這一結(jié)果。
功能
正是由于藍色LED的發(fā)明為人類帶來新“光明”，今年諾貝爾物理學獎授予了三位為LED照明起到奠基作用的科學家。
值得一提的是，中村修二與上海科研機構(gòu)有著密切合作。作為國家半導體照明應(yīng)用系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心顧問、復(fù)旦大學兼職教授，他推動了LED在上海世博會的應(yīng)用，并正在幫助上?？蒲袌F隊研發(fā)半導體藍色激光器，為新一代“激光電視”提供核心部件。
年僅“20歲”的發(fā)明
據(jù)國家半導體照明應(yīng)用系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心副主任楊衛(wèi)橋介紹，紅色、綠色發(fā)光二極管在上世紀中葉已經(jīng)問世，但要把發(fā)光二極管用于照明，必須發(fā)明藍色發(fā)光二極管，因為有了紅、綠、藍三原色后，才能產(chǎn)生照亮世界的白色光源。遺憾的是，藍色發(fā)光二極管的制備技術(shù)困擾了人類30多年。
上世紀80年代，在日本名古屋大學工作的赤崎勇和天野浩選擇氮化鎵材料，向藍色發(fā)光二極管這個世界難題發(fā)起挑戰(zhàn)。1986年，兩人首次制成高質(zhì)量的氮化鎵晶體；1989年首次研發(fā)成功藍光LED。
從1988年起，當時在日亞化學公司工作的中村修二也開始研發(fā)藍光二極管。與兩位日本同行一樣，他選擇的也是氮化鎵材料，但在技術(shù)路線上并不相同。上世紀90年代初，中村修二也研制出了藍色發(fā)光二極管。與名古屋大學團隊相比，他發(fā)明的技術(shù)更簡單，成本也更低。
至此，將LED用于照明的最大技術(shù)障礙已被掃除，被譽為“人類歷史上第四代照明”的LED燈呼之欲出。
按照諾獎評選委員會的說法，這項只有“20歲”的“年輕”發(fā)明之所以獲獎，是因為這種用全新方式創(chuàng)造的白色光源已經(jīng)“讓我們所有人受益”。“他們的發(fā)明具有革命性，”聲明說，“白熾燈點亮了20世紀，21世紀將由LED燈點亮。”
與白熾燈、熒光燈相比，LED能耗更低，壽命更長，而且可實現(xiàn)智能化操控，是節(jié)能環(huán)保的“綠色照明”。因此進入市場后，呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。國家半導體照明應(yīng)用系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心經(jīng)理楊潔翔介紹，我國2010年的LED產(chǎn)值是700多億元； 而到了2013年，全年產(chǎn)值猛增到5000多億元。家庭、辦公、道路等各種場所的照明以及絢爛的景觀燈光，這些市場“主力軍”如今都是LED。“前幾年談到LED，我們需要對公眾進行科普，現(xiàn)在家里裝修，老百姓都會考慮買這種比傳統(tǒng)節(jié)能燈更節(jié)能的燈具。”
特點
節(jié)能、壽命長、亮度高
構(gòu)成原理
發(fā)光二極管主要由PN結(jié)芯片、電極和光學系統(tǒng)組成。其發(fā)光過程包括三部分：正向偏壓下的載流子注入、復(fù)合輻射和光能傳輸。微小的半導體晶片被封裝在潔凈的環(huán)氧樹脂物中，當電子經(jīng)過該晶片時，帶負電的電子移動到帶正電的空穴區(qū)域并與之復(fù)合，電子和空穴消失的同時產(chǎn)生光子。電子和空穴之間的能量（帶隙）越大，產(chǎn)生的光子的能量就越高。光子的能量反過來與光的顏色對應(yīng)，可見光的頻譜范圍內(nèi)，藍色光、紫色光攜帶的能量最多，桔色光、紅色光攜帶的能量最少。由于不同的材料具有不同的帶隙，從而能夠發(fā)出不同顏色的光。
1973年，在松下電器公司東京研究所的赤崎勇開始了藍光LED的研究。后來，赤崎勇和弟子天野浩在名古屋大學合作進行了藍光LED的基礎(chǔ)性研發(fā)，1989年首次研發(fā)成功了藍光LED。1993年，在日本日亞化工（Nichia）工作的中村修二成功把氮滲入，發(fā)明了基于寬禁帶半導體材料氮化鎵（GaN）和銦氮化稼（InGaN）的具有商業(yè)應(yīng)用價值的藍光LED，從而引發(fā)了照明技術(shù)革新，這類LED在1990年代后期得到廣泛應(yīng)用。
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