黎宇寶

瑞典皇家科學(xué)院將2014年諾貝爾物理學(xué)獎聯(lián)合授予赤崎勇、天野浩、中村修二，以表彰他們發(fā)明了藍色發(fā)光二極管（LED）。在頒獎詞中，諾貝爾獎委員會寫道：“白熾燈照亮20世紀(jì)，而LED燈將照亮21世紀(jì)。”

10月7日，瑞典皇家科學(xué)院宣布，決定將2014年諾貝爾物理學(xué)獎聯(lián)合授予日本科學(xué)家的赤崎勇、天野浩以及美國加州大學(xué)圣巴巴拉分校的美籍日裔科學(xué)家中村修二，以表彰他們在發(fā)明一種新型高效節(jié)能光源方面的貢獻，即藍色發(fā)光二極管（LED），為能源節(jié)省開拓了新空間。

“照亮世界的新光”

在藍光LED誕生之前，紅光和綠光LED問世已久。但由于缺少藍光LED，可用于照明的白色LED燈無法被制造出來。赤崎勇、天野浩以及中村修二的發(fā)明解決了這一難題，使得用LED燈替代耗能更大的白熾燈成為可能。

“藍光LED雖然聽上去并不是那么玄乎或者高深莫測，卻對人類社會產(chǎn)生很大影響。”上海交通大學(xué)物理系教授季向東表示說。

上世紀(jì)80年代末，赤崎勇和天野浩在名古屋大學(xué)合作研究，而當(dāng)時中村修二只是德島縣一家化學(xué)公司的雇員。他提出制備氮化鎵藍光發(fā)光二極管的設(shè)想，僅僅在這一設(shè)想提出的三年后，中村修二便在《應(yīng)用物理快報》上發(fā)表了生平第一篇英文論文：一種用于生長氮化鎵新穎的金屬有機物化學(xué)氣相沉積法。論文一發(fā)表就轟動了世界半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)界和科學(xué)界，當(dāng)時全世界有很多大公司和著名大學(xué)科研機構(gòu)都在為半導(dǎo)體藍光光源薄膜材料的制備工藝頭痛不已，而氮化鎵正是III-V族半導(dǎo)體材料中最具有希望的寬禁帶光學(xué)材料。

此后，赤崎勇、中村修二、天野浩的研究使得人們得以進入一場前所未有的光源革命。“正如他們所說的，這不是一個發(fā)現(xiàn)，而是一個發(fā)明。這需要在材料和器件上有重大突破，走通從理論到應(yīng)用的路。正是因為這三位學(xué)者從不同的方面進行了突破，使得LED照明應(yīng)用的推廣成為可能?！敝锌圃荷虾＜夹g(shù)物理所所長陸衛(wèi)稱，還有很多學(xué)者和這三位學(xué)者同期在從事藍光二極管的研究，但都因為無法在材料和器件制造工藝上取得突破而難以實現(xiàn)自己的研究意圖，不得不選擇放棄。

這也是為什么當(dāng)諾貝爾獎頒獎委員會接通中村修二的電話，告訴他獲得今年的諾貝爾物理學(xué)獎的消息時，中村修二足足愣了半分鐘才反應(yīng)過來，只說了一句“簡直太難以相信了”。據(jù)了解，三位科學(xué)家目前正在不斷完善自己的成果，以得到更高效的光通量。最新的紀(jì)錄是300流明/瓦，相當(dāng)于16個普通燈泡和接近70個熒光燈。

“藍光LED出現(xiàn)的最重要意義，便是使得白光可以被順利造出來，帶來明亮、節(jié)能的白色光源。這個發(fā)明，可謂點亮了全世界的新型光源，它與傳統(tǒng)光源相比有更加持久高效節(jié)能等優(yōu)勢?！敝Z貝爾委員會主席皮爾·德爾辛教授如是說。

LED照明無法媲美的優(yōu)勢

雖然藍光LED僅僅被發(fā)明了20年，但它帶來了一種全新的白光生產(chǎn)方式，全人類都因此受益。我們單單從LED照明的優(yōu)勢來看看它為人類帶來的“福祉”。

作為綠色節(jié)能光源的代表，LED照明比白熾燈、節(jié)能燈有著更顯著的優(yōu)勢。

首先，節(jié)約能源。LED的光譜幾乎全部集中于可見光頻段，其發(fā)光效率可達80～90%，其耗電量不到白熾燈的十分之一。一般人認(rèn)為，節(jié)能燈可節(jié)能4/5已經(jīng)是偉大的創(chuàng)舉，但LED日光燈比節(jié)能燈還要節(jié)能1/4，這是固體光源讓人難以置信的跨越。據(jù)介紹，如果國內(nèi)三分之一的照明替換成LED照明，每年可節(jié)約3000億度電，相當(dāng)于一個三峽工程的發(fā)電量。

除此之外，LED還具有其他顯著優(yōu)勢，例如基本無輻射、綠色環(huán)保。我們現(xiàn)在普遍使用的節(jié)能燈，在生產(chǎn)過程中都要添加汞蒸汽。如果玻璃外殼打碎，會造成污染。因此，報廢的燈管不能隨意丟棄，需要專門回收處理。而LED照明就沒有這種后顧之憂，被稱為“綠色能源”。且相比熒光燈光源，LED光源所用的熒光粉相對減少了很多，這在一定程度上節(jié)約了地球上的稀土能源。

此外，LED照明還具有使用壽命長、響應(yīng)速度快、體積小、重量輕等多重優(yōu)勢。正因為LED照明具有以上其他固體光源無法匹敵的特點，有人預(yù)測，LED照明在不遠的將來將成為照明行業(yè)的主流光源。

由于全世界有1/4的電力被用于照明用途，更加節(jié)能高效的燈具在全球壓縮二氧化碳排放的大背景下也具有愈發(fā)重要的意義。LED燈還將幫助全球超過15億人告別沒有照明的時代，更低的能耗將讓當(dāng)?shù)靥柲苄⌒碗娬倦娏崿F(xiàn)照明成為可能。正因如此，LED很有可能會列為21世紀(jì)最有發(fā)展前景的綠色照明光源，目前已經(jīng)形成一個龐大的產(chǎn)業(yè)。