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三名日本科學家因發明藍色LED獲2014諾貝爾物理學獎

2014-10-08

2014年度諾貝爾物理學獎授予日本名古屋大學的赤崎勇,天野浩以及美國加州大學圣巴巴拉分校的中村修二,以表彰他們在發明一種新型高效節能光源方面的貢獻,即藍色發光二極管(LED)。根據阿爾弗雷德·諾貝爾的遺囑:諾貝爾獎授予那些對全人類的福祉作出重大貢獻的成就,通過藍色LED技術的應用,人類可以使用一種全新的手段產生白色光源。相比舊式的燈具,LED燈具有更加持久且高效的優點。

2014年度諾貝爾物理學獎授予日本名古屋大學的赤崎勇,天野浩以及美國加州大學圣巴巴拉分校的中村修二,以表彰他們在發明一種新型高效節能光源方面的貢獻,即藍色發光二極管(LED)。根據阿爾弗雷德·諾貝爾的遺囑:諾貝爾獎授予那些對全人類的福祉作出重大貢獻的成就,通過藍色LED技術的應用,人類可以使用一種全新的手段產生白色光源。相比舊式的燈具,LED燈具有更加持久且高效的優點。

紅色與綠色發光二極管已經伴隨我們超過半個世紀,但我們還需要藍光的到來才能徹底革新整個照明技術領域,因為只有完整的采用紅,綠,藍三原色之后,我們才能產生照亮我們世界的白色光源。但盡管工業界和學界付出了巨大的努力,但產生藍色光源的技術挑戰仍然持續了超過30年之久。

當時,赤崎勇和天野浩在日本名古屋大學工作,而中村修二當時則在位于四國島上的德島市內一家名為“日亞化學”(Nichia Chemicals)的小公司工作。當他們通過半導體產生出藍色光源時,照明技術革命的大門打開了。白熾燈照亮了整個20世紀,而21世紀將是LED燈的時代。

一個發光二極管由數層半導體材料構成。在LED燈中,電能被直接轉換為光子,這大大提升了發光的效能,因為在其他燈具技術中,電能首先是被轉化為熱,只有很小一部分轉化成了光。白熾燈和鹵鎢燈一樣,電流被用于加熱一根燈絲,從而實現發光。

在日光燈管中(此前這種燈泡曾經被稱為低耗能燈泡,但隨著LED燈技術的出現,這一名稱失去了意義),氣體進行放電,在此過程中同時發熱并發光。
一個發光二極管由數層半導體材料構成。在LED燈中,電能被直接轉換為光子,這大大提升了發光的效能,因為在其他燈具技術中,電能首先是被轉化為熱,只有很小一部分轉化成了光。白熾燈和鹵鎢燈一樣,電流被用于加熱一根燈絲,從而實現發光。 在日光燈管中(此前這種燈泡曾經被稱為低耗能燈泡,但隨著LED燈技術的出現,這一名稱失去了意義),氣體進行放電,在此過程中同時發熱并發光。

因此,新型的LED燈相比舊式的燈具,實現相同發光效率所消耗的能源就要低得多。另外,LED技術目前仍在不斷被改進,其發光效率還在不斷提升。最新的記錄已經突破了300流明/瓦,而一般的燈泡這一指標是16,日光燈則是70。考慮到目前全球有大約1/4的電力用于照明目的,高效節能的LED燈技術對于全球的節能工作具有重大意義。

因此,新型的LED燈相比舊式的燈具,實現相同發光效率所消耗的能源就要低得多。另外,LED技術目前仍在不斷被改進,其發光效率還在不斷提升。最新的記錄已經突破了300流明/瓦,而一般的燈泡這一指標是16,日光燈則是70。考慮到目前全球有大約1/4的電力用于照明目的,高效節能的LED燈技術對于全球的節能工作具有重大意義。

LED技術與手機,電腦,以及所有其他基于量子現象原理的現代技術一樣,源于同樣的工程技術手段。一根發光二極管內包括幾個分層:n層帶有多余負電荷,p層則電子數不足,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層,當向半導體施加一個電壓,就會驅動帶負電的電子層與正電穴層之間的相互作用。當電子與正電穴相遇,兩者就會結合并產生光線。這一過程產生光線的波長完全取決于半導體的性質。藍光波長很短,只有某些特定材料可以產生這一波長的光線。

諾獎得主簡歷:

赤崎勇(Isamu Akasaki)
赤崎勇(Isamu Akasaki),日本國籍,1929年出生在日本知覽町(Chiran, Japan),1964年于日本名古屋大學獲得博士學位。現為日本名城大學教授、日本名古屋大學特聘教授。

天野浩(Hiroshi Amano)
天野浩(Hiroshi Amano),日本國籍,1960年出生于日本濱松。1989年于日本名古屋大學獲得博士學位,現為日本名古屋大學教授。

中村修二(Shuji Nakamura)
中村修二(Shuji Nakamura),美國國籍,1954年出生于日本伊方町(Ikata, Japan)。1994年與日本德島大學獲得博士學位。現為美國加州大學圣巴巴拉分校教授。

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