赤崎勇（Akasaki Isamu）

赤崎勇（Akasaki Isamu），日本國(guó)籍，1929年出生在日本知覽町（Chiran，Japan），1964年于日本名古屋大學(xué)獲得博士學(xué)位?，F(xiàn)為日本名城大學(xué)教授、日本名古屋大學(xué)特聘教授。

天野浩（Amano Hiroshi）

天野浩（Amano Hiroshi），日本國(guó)籍，1960年出生于日本濱松。1989年于日本名古屋大學(xué)獲得博士學(xué)位，現(xiàn)為日本名古屋大學(xué)教授。

中村修二（Nakamura Shuji）

中村修二（Nakamura Shuji），美國(guó)國(guó)籍，1954年出生于日本伊方町（Ikata，Japan）。1994年于日本德島大學(xué)獲得博士學(xué)位。現(xiàn)為美國(guó)加州大學(xué)圣芭芭拉分校教授。

2014年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予來自三名美國(guó)和日本的科學(xué)家，以表彰他們發(fā)明了藍(lán)光LED技術(shù)。赤崎勇、天野浩以及中村修二在上世紀(jì)90年代分別獨(dú)立開發(fā)出藍(lán)光LED技術(shù)。

將新開發(fā)的藍(lán)光LED光源與已有的紅光與綠光LED光源結(jié)合，人們終于可以通過三原色原理產(chǎn)生更加自然和實(shí)用的白光照明光源。這三位獲獎(jiǎng)人將共同分享800萬瑞典克朗（約合120萬美元）的獎(jiǎng)金。

紅色與綠色發(fā)光二極管已經(jīng)伴隨我們超過半個(gè)世紀(jì)，但我們還需要藍(lán)光的到來才能徹底革新整個(gè)照明技術(shù)領(lǐng)域，因?yàn)橹挥型暾夭捎眉t、綠、藍(lán)三原色之后，才能產(chǎn)生照亮我們世界的白色光源。盡管工業(yè)界和學(xué)界付出了巨大的努力，但產(chǎn)生藍(lán)色光源的技術(shù)挑戰(zhàn)仍然持續(xù)了超過30年之久。

當(dāng)時(shí)，赤崎勇和天野浩在日本名古屋大學(xué)工作，而中村修二則在位于四國(guó)島上的德島市內(nèi)一家名為“日亞化學(xué)”的小公司工作。當(dāng)他們通過半導(dǎo)體產(chǎn)生出藍(lán)色光源時(shí)，照明技術(shù)革命的大門打開了。白熾燈照亮了整個(gè)20世紀(jì)，而21世紀(jì)將是LED燈的時(shí)代。

在日光燈管中（此前這種燈泡曾經(jīng)被稱為低耗能燈泡，但隨著LED燈技術(shù)的出現(xiàn)，這一名稱失去了意義），氣體進(jìn)行放電，在此過程中同時(shí)發(fā)熱并發(fā)光。

節(jié)能環(huán)保

一個(gè)發(fā)光二極管由數(shù)層半導(dǎo)體材料構(gòu)成。在LED燈中，電能被直接轉(zhuǎn)換為光子，這大大提升了發(fā)光的效能，因?yàn)樵谄渌麩艟呒夹g(shù)中，電能首先是被轉(zhuǎn)化為熱，只有很小一部分轉(zhuǎn)化成了光。白熾燈和鹵鎢燈一樣，電流被用于加熱一根燈絲，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)光。

因此，新型的LED燈相比舊式的燈具，實(shí)現(xiàn)相同發(fā)光效率所消耗的能源就要低得多。另外，LED技術(shù)目前仍在不斷被改進(jìn)，其發(fā)光效率還在不斷提升。最新的紀(jì)錄已經(jīng)突破了300流明/瓦，而一般的燈泡這一指標(biāo)是16流明/瓦，日光燈則是70流明/瓦?？紤]到目前全球有大約四分之一的電力用于照明，高效節(jié)能的LED燈技術(shù)對(duì)于全球的節(jié)能工作具有重大意義。

半導(dǎo)體發(fā)光

LED技術(shù)與手機(jī)、電腦以及所有其他基于量子現(xiàn)象原理的現(xiàn)代技術(shù)一樣，源于同樣的工程技術(shù)手段。一根發(fā)光二極管內(nèi)包括幾個(gè)分層：n層帶有多余負(fù)電荷，p層則電子數(shù)不足，你也可以將其理解為這里存在多余的帶有正電的空洞，或“正電穴”。

在它們之間是一層活動(dòng)層，當(dāng)向半導(dǎo)體施加一個(gè)電壓，就會(huì)驅(qū)動(dòng)帶負(fù)電的電子層與正電穴層之間的相互作用。當(dāng)電子與正電穴相遇，兩者就會(huì)結(jié)合并產(chǎn)生光線。這一過程產(chǎn)生光線的波長(zhǎng)完全取決于半導(dǎo)體的性質(zhì)。藍(lán)光波長(zhǎng)很短，只有某些特定材料可以產(chǎn)生這一波長(zhǎng)的光線。

歷史上最早使用半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)發(fā)光的報(bào)道見于1907年，由1909年的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者、無線電與電報(bào)發(fā)明者馬可尼的同事亨利·羅德（Henry J. Round）實(shí)現(xiàn)。隨后在20世紀(jì)20年代和30年代，蘇聯(lián)的奧列格·羅塞夫（Oleg V. Losev）對(duì)發(fā)光原理進(jìn)行了詳盡考察。然而不管是羅德還是羅塞夫，他們都缺乏能真正理解這一現(xiàn)象所需的知識(shí)。人們還需要等待數(shù)十年的時(shí)間，直到電致發(fā)光原理提出之后，事情才有了真正的進(jìn)展。

20世紀(jì)50年代末，紅色發(fā)光二極管被研制出來。它們被應(yīng)用在了電子手表以及計(jì)算器等設(shè)備之中，或是作為各種電子設(shè)備的開關(guān)提示器。在這一技術(shù)的發(fā)展初期，人們便已經(jīng)清楚地意識(shí)到需要研制一種具有更短波長(zhǎng)，因此也具有更高光子能量的二極管，以便實(shí)現(xiàn)白色光源。很多實(shí)驗(yàn)室為此進(jìn)行了努力，但最后都以失敗告終。

直面挑戰(zhàn)

今年的諾貝爾獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)邆儧Q定挑戰(zhàn)這一難題，他們?yōu)榇诉M(jìn)行了艱苦的工作并承擔(dān)巨大的風(fēng)險(xiǎn)。他們自己建造了所需要的設(shè)備，學(xué)習(xí)有關(guān)技術(shù)并進(jìn)行了數(shù)千次的實(shí)驗(yàn)。大多數(shù)時(shí)候他們都失敗了，但這并沒有讓他們喪失信心，這是一個(gè)實(shí)驗(yàn)室最寶貴的品質(zhì)。

氮化鎵是赤崎勇、天野浩與中村修二不約而同選定的材料，并最終取得了成功，盡管在此之前所有的人都失敗了。這種材料被認(rèn)為適合用來產(chǎn)生藍(lán)光，但在實(shí)際工作中面臨的困難是巨大的。

從來沒有人能夠從氮化鎵晶體中獲得足夠高質(zhì)量的光源，因此，使用這種材料開展實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)直就是一種毫無希望的努力。另外，幾乎沒有辦法在這種材料中布置所需要的p層結(jié)構(gòu)。

然而，基于先前所做實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，赤崎勇堅(jiān)信他們對(duì)于材料的選擇是沒有錯(cuò)的，并繼續(xù)與天野浩一同努力工作，后者當(dāng)時(shí)還只是名古屋大學(xué)的一名博士研究生。而此時(shí)在四國(guó)島的中村修二同樣在氮化鎵和硒化鋅兩種備選材料中選擇了前者，盡管當(dāng)時(shí)大多數(shù)人認(rèn)為后者更有希望取得成功。

要有光！

1986年，赤崎勇和天野浩首次制成高質(zhì)量的氮化鎵晶體，他們所采用的方法是在藍(lán)寶石襯底上涂上一層氮化鋁材料，并在上面生長(zhǎng)氮化鎵晶體。幾年后，到了20世紀(jì)80年代末，他們?cè)趧?chuàng)設(shè)p層的工作上取得突破性進(jìn)展。當(dāng)赤崎勇和天野浩在掃描電鏡下觀察培養(yǎng)出的氮化鎵晶體時(shí)，他們無意間注意到在用電鏡觀察時(shí)晶體的發(fā)光強(qiáng)度似乎增強(qiáng)了，這說明掃描電鏡產(chǎn)生的電子流能夠提升p層的效率。到了1992年，他們終于制成第一個(gè)發(fā)藍(lán)光的二極管。

中村修二從1988年開始研制他的藍(lán)光LED。兩年之后，他同樣成功制成了高質(zhì)量的氮化鎵晶體。他找到了一套聰明的辦法來制作高質(zhì)量晶體—先在低溫下生長(zhǎng)薄薄一層氮化鎵晶體，隨后在稍高的溫度下繼續(xù)進(jìn)行晶體培養(yǎng)。

中村修二甚至還知道為何赤崎勇和天野浩的p層能夠成功：那是因?yàn)殡娮恿魅コ俗璧Kp層形成的氫原子。中村修二采用了一種更簡(jiǎn)單、更聰明也更便宜的方法：對(duì)材料進(jìn)行加熱。通過這種方式他在1992年成功制成了具有完善功能的p層。因此，可以看到中村修二采用的技術(shù)方案與赤崎勇和天野浩的方案是不同的。

在20世紀(jì)90年代，兩個(gè)研究組都在對(duì)LED技術(shù)的持續(xù)改進(jìn)工作中取得很大進(jìn)展，使該技術(shù)更趨完善。他們研制了不同的氮化鎵合金，摻入了鋁和銦，而LED的結(jié)構(gòu)也變得愈發(fā)復(fù)雜精細(xì)。赤崎勇、天野浩以及中村修二還發(fā)明了一種藍(lán)色激光器，其中的核心部件正是一個(gè)沙粒大小的藍(lán)光LED組件。但與一般的LED發(fā)散的光不同，藍(lán)光激光器發(fā)出銳利的聚焦光束。由于藍(lán)光的波長(zhǎng)很短，其可以被壓縮到更高的密度，相比紅外光，藍(lán)光可以存儲(chǔ)多出4倍的信息。這一技術(shù)很快衍生出了存儲(chǔ)能力更強(qiáng)的藍(lán)光光盤以及更高質(zhì)量的激光打印機(jī)設(shè)備。很多家用電器中同樣采用了LED技術(shù)。比如，電視機(jī)、計(jì)算機(jī)以及手機(jī)的LED屏幕，還有無數(shù)的燈具和相機(jī)閃光燈。

照明技術(shù)的革命

今年三位諾貝爾獎(jiǎng)得主的發(fā)明導(dǎo)致了照明技術(shù)領(lǐng)域的革命。由于他們開發(fā)的技術(shù)，大量更高效、更便宜、更智能的照明設(shè)備正在被開發(fā)出來。白光LED可以采用兩種方法制作。一種方式是采用藍(lán)光來激發(fā)熒光體，導(dǎo)致后者發(fā)出紅色與綠色光源。當(dāng)所有色彩光源具備之后便可以得到白光。另一種方式則是直接采用紅、綠、藍(lán)三種LED光源同時(shí)發(fā)光，讓我們的眼睛自體已將它們合成為白色光。

可見，LED燈是可以非常靈活運(yùn)用的光源技術(shù)，從中已經(jīng)衍生出數(shù)百萬種不同色彩的光源，根據(jù)需要的不同，你可以合成各式各樣的色彩和亮度。面積達(dá)數(shù)百平米的屏幕，閃爍、變換色彩與圖形，而且這一切都可以用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。對(duì)光線色彩的控制還意味著LED燈可以模仿自然光源，讓我們的生物鐘能夠更好地適應(yīng)。而在人工溫室內(nèi)使用人工照明的方法也已經(jīng)成功進(jìn)行了實(shí)踐。

LED照明技術(shù)的出現(xiàn)還將有望為全球多達(dá)15億的人送去光明。由于貧困和缺乏電網(wǎng)設(shè)施，這些人口無法享受照明設(shè)備帶來的便利，但借助LED燈的低能耗，這些人未來將有望使用小型太陽(yáng)能電站產(chǎn)生的電力實(shí)現(xiàn)照明。另外，污染的水體可以使用紫外光LED燈進(jìn)行消毒，它同樣是藍(lán)光LED技術(shù)的衍生品。藍(lán)光LED技術(shù)的出現(xiàn)只是短短20年前的事情，但它帶來了白光照明，為整個(gè)人類社會(huì)創(chuàng)造福祉。