藍(lán)光LED之父中村修二預(yù)測(cè)固態(tài)照明四大方向

2019-07-22

7月11-12日，由南昌臨空經(jīng)濟(jì)區(qū)管委會(huì)承辦、深圳市照明與顯示工程行業(yè)協(xié)會(huì)策劃執(zhí)行的首屆世界半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇舉行，這次論壇，最受矚目的莫過(guò)于2014年諾貝爾物理獎(jiǎng)獲得者、日裔美籍電子工程學(xué)家中村修二。他因發(fā)明高效藍(lán)色發(fā)光二極管，被稱為“藍(lán)光之父”，并被譽(yù)為“21世紀(jì)的愛(ài)迪生”。

在7月12日論壇上，中村修二做了主題為“藍(lán)光LED的發(fā)明和固態(tài)照明的未來(lái)”的精彩演講。演講中，他分享了自己研發(fā)高效藍(lán)色LED的技術(shù)歷程，并預(yù)測(cè)了固態(tài)照明技術(shù)的關(guān)鍵發(fā)展趨勢(shì)。

發(fā)明藍(lán)光LED，非常容易？

演講中，中村修二首先講述了自己的學(xué)習(xí)和工作經(jīng)歷及開(kāi)發(fā)藍(lán)色LED的過(guò)程。

上世紀(jì)六十年代，只有亮度較低的紅光LED，當(dāng)時(shí)的科學(xué)家都想要能夠發(fā)明出藍(lán)色、綠色LED，但是沒(méi)有人成功。中村修二從1979年從日本德島大學(xué)畢業(yè)后，就加入了日亞化工德島分公司，在該公司的頭十年，他一直在開(kāi)發(fā)傳統(tǒng)的LED，那時(shí)傳統(tǒng)LED技術(shù)已經(jīng)成熟。那個(gè)時(shí)候的日本，像索尼、東芝等大公司，3-5年就投入1億資金進(jìn)行研發(fā)，但中村修二所在的公司小，研究經(jīng)費(fèi)幾乎為零。在這樣的困難之下，中村修二依然想開(kāi)發(fā)藍(lán)光LED。

十年之后也就是大概1988年，中村修二直接找到公司的創(chuàng)始人，當(dāng)面問(wèn)，“能不能做藍(lán)光LED的研究？”在征得當(dāng)時(shí)公司創(chuàng)始人的同意后，中村修二從1988年到1989年到了佛羅里達(dá)大學(xué)作為訪問(wèn)學(xué)者，一年之后回到日本，他就開(kāi)始研究藍(lán)光LED，只用了三年的時(shí)間，他就發(fā)明了高效藍(lán)光LED。談到因此獲得諾貝爾獎(jiǎng)，他笑稱，只有三年，非常容易。但實(shí)際上，在頭十年，中村修二為開(kāi)發(fā)藍(lán)光LED做了一系列準(zhǔn)備，當(dāng)時(shí)沒(méi)有任何資金，所有設(shè)備都是他們自己制作的。

“從紅光到藍(lán)光LED，這個(gè)過(guò)程是非常相似的，所以，在頭十年通過(guò)復(fù)制其他的LED產(chǎn)品，但是這個(gè)復(fù)制的LED產(chǎn)品銷量非常不好?！敝写逍薅偨Y(jié)道，“正是由于有了這些經(jīng)驗(yàn)，我才能獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)，沒(méi)有人能夠制造出這個(gè)藍(lán)光LED，但是我發(fā)明出來(lái)了。這個(gè)可以作為你們研究的靈感。”

談及南昌大學(xué)副校長(zhǎng)江風(fēng)益教授開(kāi)發(fā)出高效能硅基黃光LED，他很是贊賞，表示：“拿到樣品后，我們也測(cè)試過(guò)，測(cè)量了它的光效等，它有非常大的價(jià)值。我們非常經(jīng)驗(yàn)，在LED領(lǐng)域，對(duì)于中國(guó)來(lái)說(shuō)，這是非常大的發(fā)明?！?

固態(tài)照明的未來(lái)看好四大領(lǐng)域

隨后，中村修二重點(diǎn)講述了固態(tài)照明的未來(lái)。在他看來(lái)，現(xiàn)在的熱門微型和小型LED，效率很高，也很節(jié)能，但還存在一些問(wèn)題；LED農(nóng)業(yè)照明也是一大熱門，LiFi也是未來(lái)的發(fā)展方向，還有激光照明的市場(chǎng)也在不斷增長(zhǎng)。

一是微型和小型LED。“現(xiàn)在LED可以應(yīng)用在各種場(chǎng)合，如通用照明、室內(nèi)照明、道路照明、汽車照明、農(nóng)業(yè)照明和顯示領(lǐng)域。而且LED的效率是熒光燈的4倍，白熾燈的20倍。當(dāng)然，現(xiàn)在最熱門的話題，是微型和小型的LED顯示器?！毖葜v中，中村修二指出，比起LCD和OLED顯示，微型LED有很好的表現(xiàn)力，用在電視顯示屏上，之后也可以用在微型電視上，它的效率非常高，也很節(jié)能，同樣它的明亮度也是不一樣的。

“但是這種微型LED還是有一些問(wèn)題，藍(lán)光和綠光LED是需要非常小的芯片，但是紅光LED就不一樣，現(xiàn)在有一個(gè)非常大的問(wèn)題?！彼毖裕?00-600 dpi（每英寸點(diǎn)數(shù)）、超過(guò)20微米的微型LED是傳統(tǒng)顯示屏的理想選擇；每英寸點(diǎn)數(shù)在1000以上、小于10微米的微型LED有望應(yīng)用于VR/AR領(lǐng)域。像智能手機(jī)、智能手表上AR、VR技術(shù)，需要的芯片非常小，大概1微米。藍(lán)光和綠光LED是非常亮的，紅光LED是非常暗的，所以，現(xiàn)在還沒(méi)有人能夠制造出LED應(yīng)用在AR和VR上。

二是LED農(nóng)業(yè)照明。“當(dāng)前，藍(lán)光和紅光LED用在農(nóng)業(yè)上，也是非常大的熱點(diǎn)，備受創(chuàng)投業(yè)者吹捧。在中國(guó)，土地面積是有限的，未來(lái)的農(nóng)業(yè)中，用摩天大樓來(lái)做農(nóng)業(yè)大棚，比較便捷，可以將種植的農(nóng)產(chǎn)品疊加起來(lái)?！闭劶癓ED農(nóng)業(yè)照明，中村修二非常看好，他認(rèn)為，在植物工廠中植物的生產(chǎn)成本是很低的，同時(shí)植物在LED照明下，能生長(zhǎng)得非?？?，能量使用率低，又能回收利用，這是非常熱門的行業(yè)，具有非常大的潛力。使用LED農(nóng)業(yè)照明，增長(zhǎng)率提高了2.5倍，植物的產(chǎn)量從50%到90%；用水與外界相比僅為1%。

“對(duì)于植物和人類來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)光是最好的。但現(xiàn)在有一個(gè)問(wèn)題，現(xiàn)在很多人大部分時(shí)間是在大樓里工作的，很多時(shí)間是在室內(nèi)，室內(nèi)光和太陽(yáng)光畢竟是有差異的。如果在室內(nèi)，LED能夠模仿太陽(yáng)光的話，增長(zhǎng)就非常自然。

三是激光照明。“基于LED的白光非常好，基于激光的更好！”中村修二強(qiáng)調(diào)了激光照明的市場(chǎng)，雖然他發(fā)明了LED，但卻又勇敢斷言，十年后，激光照明很可能會(huì)代替現(xiàn)在的LED照明。在他看來(lái)，激光照明的效率是LED的上千倍，一個(gè)激光燈能夠照亮100平方米的面積，能應(yīng)用到多個(gè)領(lǐng)域。但由于激光照明目前價(jià)格太高，導(dǎo)致應(yīng)用率不高，未來(lái)，可能會(huì)是一個(gè)大趨勢(shì)。

他指出，激光照明將會(huì)有非常多的應(yīng)用領(lǐng)域，比如手機(jī)和汽車上使用的激光掃描，還有激光焊接。

根據(jù)他的報(bào)告，激光照明市場(chǎng)將不斷增長(zhǎng)，在這一領(lǐng)域蘋果最近投資3.9億美元。當(dāng)然激光照明尚存的問(wèn)題是：今天的激光照明只能發(fā)射紅光或紅外光。對(duì)于這一問(wèn)題，他也提出了自己的解決方案：基于氮化鎵的激光照明。

四是LiFi的應(yīng)用。在報(bào)告的最后，他還提到了LiFi，即光照上網(wǎng)技術(shù)。他認(rèn)為，LiFi具有寬范圍頻譜（數(shù)百太赫茲）、快速數(shù)據(jù)傳輸、無(wú)電磁干擾（EMI）、高安全性、成本效益等特點(diǎn)。Li-fi通信網(wǎng)絡(luò)具有傳感器、報(bào)警系統(tǒng)，比wifi容量更大。Li-Fi可見(jiàn)光通信（LED或激光二極管）數(shù)據(jù)速率最高可達(dá)到支持1000GB/秒（當(dāng)前可實(shí)現(xiàn)10GB/秒），當(dāng)前4G網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)速率為0.1GB/秒，5G網(wǎng)絡(luò)為10GB/秒。

光照上網(wǎng)技術(shù)（LiFi）是未來(lái)LED發(fā)展的方向，不過(guò)他也表示，要克服技術(shù)限制與普及化，仍需要時(shí)間。所以現(xiàn)階段LIFI并未有落地項(xiàng)目和成果，但都在研究實(shí)驗(yàn)階段中有一定成果。
轉(zhuǎn)載自：每日LED