
三位科學家因在藍色發光二極體(LED)領域的研究而共同榮獲諾貝爾物理學獎。為什麼是藍色呢?因為藍色是實現白色LED發光所需的最後一個也是最困難的突破。有了白色LED,企業就能製造出智慧型手機和電腦螢幕,以及比以往任何燈泡都更耐用、更節能的燈泡。
LED本質上是半導體,其結構使其在啟動時發光。不同的化學物質賦予了LED不同的顏色。工程師在1950年代和1960年代製造了第一批LED。早期的LED包括雷射發射裝置,這些裝置只有在液態氮中浸泡時才能工作。當時,科學家已經開發了可以發射從紅外光到綠光等各種顏色的LED……但他們始終無法實現藍光。藍光的產生需要一些化學物質,包括精心製備的晶體,而這些物質在當時的實驗室中還無法合成。
然而,一旦他們找到了解決方案,結果令人矚目。現代白色LED燈泡能將超過50%的電能轉換為光能。相較之下,白熾燈泡的轉換率僅4%,可見LED燈泡的效率之高。除了為所有用戶節省金錢和電力外,白色LED燈泡的高效率也使其成為無電地區居民的理想照明選擇。太陽能裝置可以為LED燈充電,使其續航時間更長,讓孩子們晚上可以做作業,也讓小型企業在天黑後繼續營業。
現代白色LED燈泡能將超過50%的電能轉換為光能。相較之下,白熾燈泡的轉換率僅4%。
LED燈的壽命可達10萬小時,而螢光燈的壽命為1萬小時,白熾燈的壽命僅1千小時。將更多房屋和建築物的照明設備更換為LED燈,可顯著降低全球照明用電量和材料消耗。
用藍色LED燈製作白色LED燈很容易。工程師使用藍色LED燈激發燈泡內的某種螢光化學物質,將藍光轉換為白光。
今年的兩位獲獎者赤崎勇和天野浩合作研發出了高品質的氮化鎵,這種化學物質存在於藍色LED的許多層中。先前的紅色和綠色LED使用的是磷化鎵,磷化鎵的生產相對容易。赤崎勇和天野浩發現了一種將化學物質添加到氮化鎵半導體的方法,使其能夠高效發光。他們利用多層氮化鎵合金建構了結構。
三等獎得主中村修二也致力於製備高品質氮化鎵。他弄清楚了經特定化學物質處理的氮化鎵半導體發光的原因,並建構了自己的氮化鎵合金結構。
諾貝爾物理學獎委員會在聲明中表示,中村光和赤崎勇的研究團隊將繼續致力於研發更有效率的藍色LED。中村光目前是加州大學聖塔芭芭拉分校的教授,但他最初是在日本一家名為日亞化學株式會社的小型化學公司開始從事LED研究的。赤崎勇和天野喜孝是日本名古屋大學的教授。
諾貝爾委員會寫道,未來工程師或許可以將紅色、綠色和藍色的 LED 組合起來製造白色 LED,從而製造出顏色可調的光。
諾貝爾獎