2014年10月8日11時45分（當地時間，北京時間17時45分），瑞典皇家科學院常任秘書諾爾馬克在皇家科學院會議廳公布了眾人矚目的2014年度諾貝爾物理學獎。日本科學家赤崎勇、天野浩和美籍日裔科學家中村修二因發明“高亮度藍色發光二極管”而獲獎。

與其他獲得諾獎的高精尖發明相比，這個只有20多年發明史的藍色發光LED似貌不驚人，其芯片只有芝麻大小。而且如今大街小巷，從電燈到電器，LED燈都隨處可見，價格也很低廉。但就在其誕生之初的20多年前，當Gan藍色發光二極管第一次閃耀時，整個科學界都為之震動。這項貌似簡單的發明打開了節能照明技術革命的大門，被許多人成為“偉大的成就”。

014年諾貝爾頒獎禮現場：三位科學家獲本年度諾貝爾物理學獎。（網絡圖）

LED是英文Light-Emitting Diode的縮寫，中文稱之為發光二極管，是一種能將電能轉化為光能的半導體元件，由含鎵（Ga）、砷（As）、磷（P）、氮（N）等的化合物制成。當電子與空穴復合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發光二極管。砷化鎵二極管發紅光，磷化鎵二極管發綠光，碳化硅二極管發黃光，氮化鎵二極管發藍光。縱觀LED的發明史，藍光LED的發明歷程最為艱難和曲折。

19世紀末，“發明大王”托馬斯·愛迪生發明了燈泡，白熾燈給人們的黑夜帶來了前所未有地光明和歡樂。毋庸置疑，這是一項惠及人類的偉大發明，但同時，它的缺點也很明顯：它的效率相當低，約等于16流明/瓦，相當于僅有4%的電能轉化為光能。科學家們為找到效率更高的照明工具在繼續努力著。20世紀的黎明初現，好消息傳來，1900年，一位默默無聞的科學家彼得·庫珀-休伊特發明了熒光燈，被攝影師用于攝影工作室內。它的效率可達70流明/瓦。

短短7年之后，英國工程師亨利·約瑟夫-勞德第一次在一塊碳化硅晶體里觀察到電致發光現象，由此奠定了LED被發明的物理基礎。接著是漫長的60多年的等待。

直到1962年，一位在美國通用電氣公司從事III-V族材料包括砷化鎵（GaAs）的研究工作的普通研究人員尼克·何倫亞克發明了可以發出紅色可見光的LED。1968年因為其長壽命、抗電擊、抗震等特性而作為指示燈實現了商業化。這項偉大的發明使何倫亞克被后來者尊稱為“發光二極管之父”。這位電機工程（EE）博士還開發出了磷砷化鎵（GaAsP LED），是今天所有高亮度LED的支撐。

十年后，何倫亞克的學生喬治·克勞福德又發明出了第一顆橙黃光LED，其亮度是先前紅光LED的10倍，這標志著LED向提高發光效率方向邁出的第一步。

尼克·何倫亞克（百度百科）

眾所周知，18世紀最偉大的科學家之一牛頓發現了萬有引力定律，其實，在光學領域，他的貢獻也不可磨滅。他發現了“光學色彩論”：當一束白光通過三棱鏡時，它將經過兩次折射，其結果是白光被分解為有規律的七種彩色光線，依次為：紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫，并且順序固定不變。其中，紅、綠、藍三種色光無法被分解，也無法合成。

20世紀70年代末，各種可見光的LED入雨后春筍紛紛出現。當紅、橙、黃、綠、翠綠等顏色都出現在LED上時，唯獨藍光LED，還是“猶抱琵琶半遮面。”三原色之一藍光的“缺席”給LED用于照明成為奢望---沒有藍光，就無法獲得照明的白色光源。

早在20世紀70年代初，世界范圍內掀起一股研究氮化鎵(GaN)的熱潮，科學家們曾希望利用它開發出藍光LED。可數年后，很多科學家人受不了屢次失敗的打擊，放棄了研究。在日本松下電器公司東京研究所的赤崎勇也是那批熱潮中的一員，不同的是，當大多數人知難而退時，他選擇了迎難而上，他曾說：““我也知道Gan的p-n結和藍色發光器件非常難以實現。但既然反正都要做，就決定挑戰一下比較難的GaN。”1989年他和天野浩首次研發成功了藍光LED。

與此同時，當研究GaN的熱潮消退時，另一個日本人—一直在日本日亞化工（Nichia Corporation）默默無聞工作的中村修二也瞄準了氮化鎵(GaN)作為研究對象。他認為“作別人不做的題目才有最大的發展機會”，和赤崎勇一樣，屢遭挫折沒有退縮。他的研究一直受到歧視，在公示被稱為“吃白飯的”，“上司每次見到我都會說，你怎么還沒有辭職? 把我氣得發抖。” 中村修二的回憶折射出他當時研究的不易。

中村修二曾默默無聞研究藍光LED多年（網絡圖）

好在皇天不負有心人， 1993年，中村修二終于發明了基于氮化鎵和銦氮化鎵的具有商業應用價值的藍光LED！可以肯定地說，從燈泡和熒光燈到LED，藍光LED的發明引發了照明技術的巨大變革。和以往傳統的照明設備相比，LED燈具有以下主要特點：

第一，節能：新的白光LED的能耗僅為普通燈泡的十分之一。要知道，照明占據全球整個電能消耗的20%—30%，因此，白光LED的普及將為人類節省大量能源。就我國來說， 2013年我國全國的發電量為53223億千瓦時，其中1/5為照明所消耗，即約1萬億千瓦時。假設其中一半為白熾燈所消耗，計5千億千瓦時。如果用LED取代白熾燈，將節約電能4千億千瓦時，相當于4個三峽電站的年發電量!

第二，壽命長：白熾燈泡的壽命為1000個小時，熒光燈為1萬個小時，而高質量的LED等的壽命長達10萬小時。

第三，環保：LED是由無毒的材料作成，不像熒光燈含水銀會造成污染，同時LED還可以回收再利用。

1993年，藍色LED發布，引發了照明技術的巨大變革。（網絡圖）

如今，當我們在LED燈柔和的燈光下讀書、做事時，或是觀看以LED燈條發光的手機、筆記本、電視時，是否應該感謝那三個面對挫折百折不撓的科學家呢？正如瑞典皇家科學院在宣布諾獎獲獎名單時所說：“LED 燈的出現，使得我們在傳統光源之外，找到了更持久、更節能的光源。這項發明開啟了一場照明革命，白熾燈泡照亮了20世紀，而21世紀將被 LED燈照亮。”

美麗的藍光LED燈（網絡圖）

 

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藍光LED：點亮21世紀的藍色火種

圖文簡介

瑞典皇家科學院常任秘書諾爾馬克在皇家科學院會議廳公布了眾人矚目的2014年度諾貝爾物理學獎。