相比于其他光源，LED燈所需功率更低。世界上大約四分之一的電力消耗是用于照明用途，因此高效節(jié)能的LED燈將具有助于節(jié)約地球資源。
新浪科技訊 北京時(shí)間10月7日消息，2014年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予日本名古屋大學(xué)的赤崎勇，天野浩以及美國加州大學(xué)圣巴巴拉分校的中村修二，以表彰他們在發(fā)明一種新型高效節(jié)能光源方面的貢獻(xiàn)，即藍(lán)色發(fā)光二極管(LED)。根據(jù)阿爾弗雷德·諾貝爾的遺囑：諾貝爾獎(jiǎng)授予那些對全人類的福祉作出重大貢獻(xiàn)的成就，通過藍(lán)色LED技術(shù)的應(yīng)用，人類可以使用一種全新的手段產(chǎn)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(yōu)點(diǎn)。
紅色與綠色發(fā)光二極管已經(jīng)伴隨我們超過半個(gè)世紀(jì)，但我們還需要藍(lán)光的到來才能徹底革新整個(gè)照明技術(shù)領(lǐng)域，因?yàn)橹挥型暾牟捎眉t，綠，藍(lán)三原色之后，我們才能產(chǎn)生照亮我們世界的白色光源。但盡管工業(yè)界和學(xué)界付出了巨大的努力，但產(chǎn)生藍(lán)色光源的技術(shù)挑戰(zhàn)仍然持續(xù)了超過30年之久。
當(dāng)時(shí)，赤崎勇和天野浩在日本名古屋大學(xué)工作，而中村修二當(dāng)時(shí)則在位于四國島上的德島市內(nèi)一家名為“日亞化學(xué)”(Nichia Chemicals)的小公司工作。當(dāng)他們通過半導(dǎo)體產(chǎn)生出藍(lán)色光源時(shí)，照明技術(shù)革命的大門打開了。白熾燈照亮了整個(gè)20世紀(jì)，而21世紀(jì)將是LED燈的時(shí)代。
在日光燈管中(此前這種燈泡曾經(jīng)被稱為低耗能燈泡，但隨著LED燈技術(shù)的出現(xiàn)，這一名稱失去了意義)，氣體進(jìn)行放電，在此過程中同時(shí)發(fā)熱并發(fā)光。

節(jié)能環(huán)保
一個(gè)發(fā)光二極管由數(shù)層半導(dǎo)體材料構(gòu)成。在LED燈中，電能被直接轉(zhuǎn)換為光子，這大大提升了發(fā)光的效能，因?yàn)樵谄渌麩艟呒夹g(shù)中，電能首先是被轉(zhuǎn)化為熱，只有很小一部分轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)發(fā)光。 在日光燈管中(此前這種燈泡曾經(jīng)被稱為低耗能燈泡，但隨著LED燈技術(shù)的出現(xiàn)，這一名稱失去了意義)，氣體進(jìn)行放電，在此過程中同時(shí)發(fā)熱并發(fā)光。
因此，新型的LED燈相比舊式的燈具，實(shí)現(xiàn)相同發(fā)光效率所消耗的能源就要低得多。另外，LED技術(shù)目前仍在不斷被改進(jìn)，其發(fā)光效率還在不斷提升。最新的記錄已經(jīng)突破了300流明/瓦，而一般的燈泡這一指標(biāo)是16，日光燈則是70?？紤]到目前全球有大約1/4的電力用于照明目的，高效節(jié)能的LED燈技術(shù)對于全球的節(jié)能工作具有重大意義。

半導(dǎo)體發(fā)光
LED技術(shù)與手機(jī)，電腦，以及所有其他基于量子現(xiàn)象原理的現(xiàn)代技術(shù)一樣，源于同樣的工程技術(shù)手段。一根發(fā)光二極管內(nèi)包括幾個(gè)分層：n層帶有多余負(fù)電荷，p層則電子數(shù)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(dòng)層，當(dāng)向半導(dǎo)體施加一個(gè)電壓，就會(huì)驅(qū)動(dòng)帶負(fù)電的電子層與正電穴層之間的相互作用。當(dāng)電子與正電穴相遇，兩者就會(huì)結(jié)合并產(chǎn)生光線。這一過程產(chǎn)生光線的波長完全取決于半導(dǎo)體的性質(zhì)。藍(lán)光波長很短，只有某些特定材料可以產(chǎn)生這一波長的光線。
歷史上最早使用半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)發(fā)光的報(bào)道見于1907年，由1909年的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者，無線電與電報(bào)發(fā)明者馬可尼的同事亨利·羅德(Henry J. Round)實(shí)現(xiàn)。隨后在1920年代和1930年代，蘇聯(lián)的奧列格·羅塞夫(Oleg V. Losev)對發(fā)光原理進(jìn)行了詳盡考察。然而不管是羅德還是羅塞夫，他們都缺乏能真正理解這一現(xiàn)象所需的知識(shí)。人們還需要等待數(shù)十年的時(shí)間，直到電致發(fā)光原理提出之后，事情才有了真正的進(jìn)展。
1950年代末，紅色發(fā)光二極管被研制出來。它們被應(yīng)用在了電子手表以及計(jì)算器等設(shè)備之中，或是作為各種電子設(shè)備的開關(guān)提示器。在這一技術(shù)的發(fā)展初期，人們便已經(jīng)清楚的意識(shí)到需要研制一種具有更短波長，因此也具有更高光子能量的二極管，以便實(shí)現(xiàn)白色光源。很多實(shí)驗(yàn)室為此進(jìn)行了努力，但最后都以失敗告終。

直面挑戰(zhàn)
今年的諾貝爾獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)邆儧Q定挑戰(zhàn)這一難題，他們?yōu)榇诉M(jìn)行了艱苦的工作并承擔(dān)巨大的風(fēng)險(xiǎn)。他們自己建造了所需要的設(shè)備，學(xué)習(xí)有關(guān)技術(shù)并進(jìn)行了數(shù)千次的實(shí)驗(yàn)。大多數(shù)時(shí)候他們都失敗了，但這并沒有讓他們喪失信心，這是一個(gè)實(shí)驗(yàn)室最寶貴的品質(zhì)。
氮化鎵是赤崎勇，天野浩與中村修二不約而同選定的材料，并最終取得了成功，盡管在此之前所有的人都失敗了。這種材料被認(rèn)為適合用來產(chǎn)生藍(lán)光，但在實(shí)際工作中面臨的困難是巨大的。
從來沒有人能夠從氮化鎵晶體中獲得足夠高質(zhì)量的光源，因此使用這種材料開展實(shí)驗(yàn)簡直就是一種毫無希望的努力。另外，幾乎沒有辦法在這種材料中布置所需要的p層結(jié)構(gòu)。
然而，基于先前所做實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，赤崎勇堅(jiān)信他們對于材料的選擇是沒有錯(cuò)的，并繼續(xù)與天野浩一同努力工作，后者當(dāng)時(shí)還只是名古屋大學(xué)的一名博士研究生。而此時(shí)在四國島的中村修二同樣在氮化鎵和硒化鋅兩種備選材料中選擇了前者，盡管當(dāng)時(shí)大多數(shù)人認(rèn)為后者更有希望取得成功。

要有光！
1986年，赤崎勇和天野浩首次制成高質(zhì)量的氮化鎵晶體，他們所采用的方法是在藍(lán)寶石襯底上涂上一層氮化鋁材料，并在上面生長氮化鎵晶體。幾年后，到了1980年代末，他們在創(chuàng)設(shè)p層的工作上取得突破性進(jìn)展。當(dāng)赤崎勇和天野浩在掃描電鏡下觀察培養(yǎng)出的氮化鎵晶體時(shí)，他們無意間注意到在用電鏡觀察時(shí)晶體的發(fā)光強(qiáng)度似乎增強(qiáng)了，這說明掃描電鏡產(chǎn)生的電子流能夠提升p層的效率。到了1992年，他們終于制成第一個(gè)發(fā)藍(lán)光的二極管。
中村修二從1988年開始研制他的藍(lán)光LED。兩年之后，他同樣成功制成了高質(zhì)量的氮化鎵晶體。他找到了一套聰明的辦法來制作高質(zhì)量晶體——先在低溫下生長薄薄一層氮化鎵晶體，隨后在稍高的溫度下繼續(xù)進(jìn)行晶體培養(yǎng)。

中村修二甚至還知道為何赤崎勇和天野浩的p層能夠成功：那是因?yàn)殡娮恿魅コ俗璧Kp層形成的氫原子。中村修二采用了一種更簡單，更聰明也更便宜的方法：對材料進(jìn)行加熱。通過這種方式他在1992年成功的制成了具有完善功能的p層。因此，可以看到中村修二采用的技術(shù)方案與赤崎勇和天野浩的方案是不同的。
在1990年代，兩個(gè)研究組都在對LED技術(shù)的持續(xù)改進(jìn)工作中取得很大進(jìn)展，使該技術(shù)更趨完善。他們研制了不同的氮化鎵合金，摻入了鋁和銦，而LED的結(jié)構(gòu)也變得愈發(fā)復(fù)雜精細(xì)。 赤崎勇，天野浩以及中村修二還發(fā)明了一種藍(lán)色激光器，其中的核心部件正是一個(gè)沙粒大小的藍(lán)光LED組件。但與一般的LED發(fā)出發(fā)散的光不同，藍(lán)光激光器發(fā)出銳利的聚焦光束。由于藍(lán)光的波長很短，其可以被壓縮到更高的密度，相比紅外光，藍(lán)光可以存儲(chǔ)多出4倍的信息。這一技術(shù)很快衍生出了存儲(chǔ)能力更強(qiáng)的藍(lán)光光盤以及更高質(zhì)量的激光打印機(jī)設(shè)備。 很多家用電器中同樣采用了LED技術(shù)。比如電視機(jī)，計(jì)算機(jī)以及手機(jī)的LED屏幕，還有無數(shù)的燈具和相機(jī)閃光燈。
照明技術(shù)的革命
今年三位諾貝爾獎(jiǎng)得主的發(fā)明導(dǎo)致了照明技術(shù)領(lǐng)域的革命。由于他們開發(fā)的技術(shù)，大量更加高效，更便宜，更智能的照明設(shè)備正在被開發(fā)出來。白光LED可以采用兩種方法制作。一種方式是采用藍(lán)光來激發(fā)熒光體，導(dǎo)致后者發(fā)出紅色與綠色光源。當(dāng)所有色彩光源具備之后便可以得到白色光。另一種方式則是直接采用紅綠藍(lán)三種LED光源同時(shí)發(fā)光，讓我們的眼睛自己將它們合成為白色光。
可見，LED燈是可以非常靈活運(yùn)用的光源技術(shù)，從中已經(jīng)衍生出數(shù)百萬種不同色彩的光源，根據(jù)需要的不同，你可以合成各式各樣的色彩和亮度。面積達(dá)數(shù)百平米的屏幕，閃爍，變換色彩與圖形，而且這一切都可以用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。對光線色彩的控制還意味著LED燈可以模仿自然光源，讓我們的生物鐘能夠更好的適應(yīng)。而在人工溫室內(nèi)使用人工照明的方法也已經(jīng)成功進(jìn)行了實(shí)踐。
LED照明技術(shù)的出現(xiàn)還將有望為全球多達(dá)15億的人口送去光明。由于貧困和缺乏電網(wǎng)設(shè)施，這些人口無法享受照明設(shè)備帶來的便利，但借助LED燈的低能耗，這些人口未來將有望使用小型太陽能電站產(chǎn)生的電力實(shí)現(xiàn)照明。另外，污染的水體可以使用紫外光LED燈進(jìn)行消毒，它同樣是藍(lán)光LED技術(shù)的衍生品。藍(lán)光LED技術(shù)的出現(xiàn)只是短短20年前的事情，但它帶來了白光照明，為整個(gè)人類社會(huì)創(chuàng)造福祉。
諾獎(jiǎng)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(xué)獲得博士學(xué)位?，F(xiàn)為日本名城大學(xué)教授、日本名古屋大學(xué)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(xué)獲得博士學(xué)位，現(xiàn)為日本名古屋大學(xué)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(xué)獲得博士學(xué)位?，F(xiàn)為美國加州大學(xué)圣巴巴拉分校教授。