前兩年,諾獎物理學獎給人的感覺是高端大氣、不明覺厲(前兩屆物理學獎頒給了量子物理學領域的兩項研究),這次忽然來了個接地氣的:你只要掏出手機,打開手電功能;或者路過杭州延安路,抬頭看銀泰門口的巨屏LED;再專業一點,如果你學蘋果的廣告,把蘋果手機(4S以上)的Retina屏幕(就是視網膜屏幕,超清晰屏幕)放大放大,一直到看到無數個芝麻點兒(其中的LED燈)在閃爍工作,你就已經和今年的諾獎物理學獎同在了。
瑞典皇家科學院昨天宣布,將2014年諾貝爾物理學獎授予日本科學家赤崎勇、天野浩和美籍日裔科學家中村修二,以表彰他們發明藍色發光二極管(LED),并因此帶來新型的節能光源。
這是一場等燈誕生的歷程:繼油燈、白熾燈、日光燈之后,整整30年,三位科學家的研究和實踐,為人類帶來了照明效能高、壽命長、能制造出七色光的LED燈。
昨天,記者采訪了浙江大學物理系光學所的潘伯良教授,請他為我們解讀,在能源緊缺的情況下,LED燈為提高人們的生活質量發揮著怎樣的作用;藍光LED被發明的短短20年里,它帶來了怎樣的一種全新白光生產方式。
為什么人類會進入LED時代
人類會進入LED時代,直接的原因就是電不夠撒歡用啊。
看看LED燈如何PK掉前任燈種。
潘教授給我們算了一筆電力賬:
按照每個電力輸入單位(以瓦特計)帶來的光通量(以流明計)看,白熾燈的發光效能比較低,只有16流明/瓦特,明顯占著1瓦的電,發光亮度不夠;
而日光燈的發光效率大約有70流明/瓦特,好像是高了不少,但是日光燈發光用到的化學物質里有汞,有毒害,同時還不穩定;
和之前的這些燈種相比,LED在節約地球資源上貢獻太大了。像白光二極管發出的白光,最近的紀錄是剛剛超過300流明/瓦特。關鍵是,它還非常穩定,壽命很長。LED的使用壽命可達10萬小時——而白熾燈只可用1000小時,熒光燈可用10000小時——照明材料的消耗也節約下來了。
“LED的這些性能,決定了它可以做許多別的照明燈具沒法辦到的設備。”潘教授說,比如電視機屏幕的光照,達到這樣的圖像分辨率,需要成千上萬的LED。
但如果換成發光效率只有1/4不到的日光燈,你就像躲進了暗黑屋,看到的屏幕很暗;如果換成日光燈管組合,要達到同樣效果,你就需要比成千上萬LED還要多四五倍的日光燈。
為什么要有藍光LED
昨天,諾獎物理學獎剛剛揭曉的時候,有網友抱不平了:“發明藍光二極管能得諾獎,那讓上世紀60年代就已經發明了第一個可見光二極管、紅光二極管的GE公司兩位先生情何以堪啊?”
潘教授說,其實這通抱屈還真是有科學BUG(漏洞)。藍光在LED家族,是一位千載難逢的成員。所以最先發明的是紅光LED,接著是綠光、黃光。
為什么一定要有藍光LED呢?因為它是白光燈制造的關鍵。
“想象一下人長期處在迪斯科那種光怪陸離的色調環境中,眼睛、臟器、精神受不受得了?”潘教授這么一比方,我們就懂了白光的重要性了。
更何況現在大家看到的那么巨大尺幅的LED屏幕,基本上能表現出每一種顏色,沒有藍光來調和,哪里做得到?
但是在光譜中,相比紅光、綠光,藍光波長最短,而波長越短,半導體材料就越難發光。
當年中村修二開始試圖找到藍光LED的發光材料時,去參加國際性學術研討會,全世界就沒幾個人坐那兒討論,基本上都是搖頭否定。全世界,尤其是照明企業都在等燈等燈,一等就是30年。
赤崎勇和天野浩在名古屋大學取得了出色的研究成果后,當時還在日亞化工工作的中村修二(現為美國加州大學圣塔芭芭拉分校教授),在之后的實用化及高亮度化階段,默默地做了15年。
為了節約經費,從設備到部件加工的整個過程均由中村一人完成。藍光LED的開發最終取得成功,中村順利啟動了業務。
這個壯舉,震驚了全世界。
在此之前,中村供職的日亞化工,是日本德島頗為有名的公司。但是出名的既不是產品也不是科學家,而是這家公司有長達三周的夏季休假福利。而中村帶來的“日亞效應”,讓專業人士吃驚萬分——實現如此壯舉的,并非在該領域長期從事研究的海內外知名大學,也非大型電子廠商,而是一家地方城市的化學廠商。由此,日亞的稱呼從“夏季休假的日亞”變成了“藍光發光二極管的日亞”。