蓝光LED

2018-02-28 13:47:38

三种LED灯。左下角的为蓝色LED

蓝光LED是能发出蓝光的LED(发光二极管)灯,其发明获誉为“爱迪生之后的第二次照明革命”1。2014年,天野浩与赤崎勇、中村修二因“发明高亮度蓝色发光二极管,带来了节能明亮的白色光源”共同获得诺贝尔物理学奖2。蓝光LED的发明,使得人类凑齐能发出三原色光的LED,得以用LED凑出足够亮的白光。而发白光的LED灯的发明,大幅提高人类的照明效率。3

目录

  • 1 发现历程
  • 2 原理
  • 3 意义及争议
  • 4 专利问题
  • 5 参考
  • 6 延伸阅读

发现历程

一些蓝色LED灯

1971年,雅克·彭哥芬(Jacques Pankove)和艾德·米勒(Ed Miller)两人论证了用掺锌(Zn)的氮化镓(GaN)制造出蓝光LED的可能性——尽管随后他们造出的第一个用氮化镓制成的LED是发绿光的。1972年,斯坦福大学的赫伯·马洛斯卡(Herb Maruska)与威利·怀恩斯(Wally Rhines),以及该校的材料科学与工程学博士研究生们研发出了第一种能发出蓝紫光的LED。这种LED的材料为掺镁(Mg)的氮化镓。45。1974年,美国专利局将上述成果的专利权授予了Maruska,Rhines和斯坦福大学教授大卫·史蒂文森(专利号:US3819974 A)。直到今天,掺镁(Mg)的氮化镓都仍然是所有商用蓝光LED和激光二极管的基础材料。但是,用掺镁(Mg)的氮化镓制造出的蓝光二极管发出的光太弱,不足以投入实际使用。而且,随后关于氮化镓元件的研究也迟迟未能获得突破。1989年8月,Cree公司推出的第一款商用蓝光LED使用的材料就不是氮化镓,而是一种间接带隙半导体碳化硅(SiC)。这种蓝光LED效率极低,甚至不能达到0.03%6

1980年代初,已是年过五旬的赤崎勇带着学生天野浩重启了有关氮化镓的研究。1986年,他们成功制出了以前被认为不可能制造出的氮化镓晶体。1989年,他们发现这将电流通入晶体的话,后者的发光可以得到增强。随后,日亚化学工业的员工中村修二注意到了赤崎勇师徒的研究成果。他顺着师徒的研究方向,最终在1993年制出了高亮度的蓝光LED7。2014年,蓝光LED的发明人中村修二与天野浩与赤崎勇获得了该年度的诺贝尔物理学奖2

原理

1980年代后期的两项突破为蓝光LED的发明奠定的基础——一项是氮化镓外延技术的发展,另外一项是P型半导体的掺入8。蓝光LED包含数种不同的氮化镓(GaN)层。中村修二在其中掺入了铟(In)和铝(Al),使得其照明效率大幅提高9

意义及争议

蓝光LED的发明,使得人类得以用LED凑出足够亮的白光。而发白光LED的效率比白炽灯要高上不少。白光LED促成了各种LED显示屏的发明,也促进了照明效率的提高。特别是,后者使得人类降低碳排放、对抗气候变迁成为可能110119

但是,也有人担心蓝光LED发出的蓝光可能对人眼造成危害。因为蓝光可能导致黄斑变性12

专利问题

蓝光LED的发明人中村修二的专利权曾一度被日亚化学工业剥夺。而他得到的奖金仅有2万日元。无奈的中村修二只得把日亚化学告上法庭。最终,法院裁决日亚化学应赔偿中村修二200亿日元。这一结果曾一度震惊日本社会。但是,日亚化学却不服判决,提出上诉。在数年的拉锯战后,法院最终裁定日亚化学赔偿中村修二8.4亿日元。中村修二最终也只得接受这一判决结果13

参考

  1. ^ 1.0 1.1 蓝光LED 爱迪生之后的第二次照明革命. 腾讯网. 
  2. ^ 2.0 2.1 The Nobel Prize in Physics 2014 (PDF). Nobel Prize. 2014-10-07. 
  3. ^ 国家地理杂志. 2014-11-02.  |section=被忽略 (帮助)
  4. ^ "Nobel Shocker: RCA Had the First Blue LED in 1972". IEEE Spectrum. October 9, 2014
  5. ^ "Oregon tech CEO says Nobel Prize in Physics overlooks the actual inventors". The Oregonian. October 16, 2014
  6. ^ Major Business and Product Milestones 互联网档案馆的存档,存档日期2011-04-13.. Cree.com. Retrieved on March 16, 2012.
  7. ^ 王克迪. 要有蓝光,于是就有了蓝光. 2014-11-02. 
  8. ^ GaN-based blue light emitting device development by Akasaki and Amano (PDF). Takeda Award 2002 Achievement Facts Sheet. The Takeda Foundation. April 5, 2002 November 28, 2007. 
  9. ^ 9.0 9.1 陈皓嬿. 物理奖/蓝光LED “光”革命最后拼图. 联合新闻网 全球观察. 2014-11-02. 
  10. ^ 李淼:蓝光LED技术具有革命性意义. 2014-11-01. 
  11. ^ 蓝光LED 变革人类照明业. 武汉日报. 2014-11-01 (中文(简体)‎). 
  12. ^ 蓝光LED诺奖新宠有风险. 网易 (中文(简体)‎). 
  13. ^ 诺贝尔物理学奖背后的艰辛:蓝光LED照亮世界. 新浪. 2014-11-02 (中文(简体)‎). 

延伸阅读

  • Shuji Nakamura, Gerhard Fasol. The Blue Laser Diode. Springer. 1997. ISBN 3-540-61590-3.