蓝光LED为何能获得2014年诺贝尔奖
今年的诺贝尔物理奖由三位日本科学家共同获得,他们的研究对象是蓝光LED灯。LED是英文Light Emitting Diode的缩写,中文名叫发光二极管。没错,就是你小时候拆了复读机、录音机、???,拿在手里把玩的有引线有封装的那个毫不起眼的小灯泡,把它接在电池上,说不定还能闪闪发光。
上世纪六七十年代发明了红光、绿光和黄光LED,20年前蓝光LED也被本次获得诺奖的日本科学家中村修二等人发现。为什么LED发明了这么久没获得诺奖,蓝光LED有何特别之处?
因为如果要创造白光LED,只有红光、黄光和绿光是远远不够的,蓝光是最后一种必要光源,也是最最难以实现的一种光色。直到1993年,在日本日亚化工工作的中村修二用铟氮化镓制出了亮度很高的蓝光LED。
当年中村修二把他的研究发表在《应用物理快报》上,轰动了世界半导体产业界和科学界。1994年,当中村修二在美国旧金山举办的春季材料会议上打开他发明的蓝色激光器那一瞬间,整个会议厅的科学家们如同小孩看烟火一般不断发出赞叹的声音。
好了,中村修二制造的蓝色LED对人类的贡献是显而易见的,由于高亮度蓝光LED的出现,很快出现了白光LED。据理论物理学家李淼介绍,现在最流行的白光LED,是在蓝色LED上覆盖一层淡黄色荧光粉涂层产生的,通过红、绿、蓝光LED合成出白光LED也有,应用相对没那么广泛。
一旦有了白光LED,其最广泛的应用,一个是照明,一个是显示,比如手机显示屏。我们的电视机、平板电脑、智能手机等日益轻薄,其中一个重要的原因,就在于LED提供了轻薄的背光源(此处果粉应该给予掌声)。更牛掰的是,如果哪一天OLED(有机材料制成的发光二极管)被广泛运用,想想电视就能弯曲、折叠,是不是很美妙呢?
经济效益方面,白光LED最直接的是省钱省电(请原谅小南,此处只看到了钱~)。任何一个现代白光LED灯都可以将50%以上的电能转化为光能,而传统白炽灯的转化率只有4%-10%,90%以上成为热能被白白浪费。
(lm/W即流明/瓦,流明是从一光源放射出的可见光的量度。)
除了省钱省电,在没有电力供应只能依靠太阳能电池板供电的地区,白光LED灯泡非常具有吸引力,因为这意味着相同的电量,白光LED持续的时间更久,这样晚上孩子也能写作业,天黑以后小生意也能继续经营。
LED的寿命也足够长。白炽灯的寿命是一千小时左右,节能灯(即荧光灯)可以达到一万小时。LED在这两种面前,简直是霸王级别的存在,寿命长达十万个小时,意味着你即使一年365天,一天24小时不熄灯,也能使用11年,碉堡了有木有!
不过,LED照明也有劣势:成本太高,目前用在家庭照明上还不多。如果根据Roland Haitz的预测(即海兹定律),LED的价格每十年降为原来的10分之一,性能则提高20倍,也许到了2020年,LED光源将成为最有性价比的光源。中国科学院半导体研究所副所长陈弘达说,如果中国50%的光源换用LED,将可实现年节电2100亿千瓦时,相当于再建2.5座三峡工程。