为什么LED灯泡值得诺贝尔奖

作家文摘 2023年12月19日 ·差评君·

  红绿蓝三种颜色的发光二极管(LED),为了集齐这三种颜色,人类花费了32年的研发时间,而蓝色LED的发明者还因此获得了2014年的诺贝尔物理学奖。

  为什么蓝色那么重要

  1961年美国得克萨斯州仪器公司的两名员工,加里·皮特曼和詹姆斯·比亚徳在尝试制造激光二极管时,意外做出了发光二极管。这种特殊的半导体被称作LED。第一批LED发出的光是人眼不可见的红外光,但这项技术在遥控领域却发挥了重要作用,现在家里的电视、空调的遥控器,还在用红外LED。

  1962年美国通用电气公司的研究员尼克·霍伦亚克改进了红外二极管,LED终于能发出可见的红光了。因为红光很显眼,省电且经久耐用,寿命长达10万小时,于是这项技术立刻成就了当时几乎所有电器里都有的指示灯,也包括大量电子产品的显示屏幕,比如收音机、计算器、电子表等等。刚开始的红色LED灯很昂贵,每个灯泡大概要200美元,在随后的10多年,橙色、黄色、绿色的LED也被相继发明,价格也随之降低。但唯独一个颜色始终没有出现,那就是蓝色LED。

  为什么蓝色那么重要呢?因为只有将红绿蓝三原色集齐,才能发出最重要的颜色——白光。

  有了白光LED,就有了LED照明灯、LED背光液晶显示器、LED全色显示点阵等等,让LED从红绿色的小指示灯和数码显像管走向了真正意义上的通用光源。

  实验室每个月都会发生爆炸

  1986年名古屋大学的赤崎勇和他的学生天野浩在蓝宝石衬底上,涂上一层氮化铝材料,并在上面生长出氮化镓晶体。他们在无意间注意到,用扫描电镜观察晶体时,晶体的发光强度似乎增强了。两人于是通过高能电子束照射晶体,成功制造出了能发出蓝光的氮化镓结晶。但这个过程非常复杂,成本高昂,不可能商用。

  直到1993年,在一个叫日亚化学的小公司里,一位名叫中村修二(见图)的研究员最终制造出了蓝色LED。在这之前,中村一直是公司里最底层的一个研究员,负责给公司开发新产品。据说他的实验室里每个月都会发生爆炸,同事们只要听到一声巨响,就知道又是中村在加工石英管了,就这样过了10年。

  当然中村并不是觉得氮化镓能成功,而是觉得用氮化镓这种不太有前景的材料来写自己的博士毕业论文,好像更容易发表。所以为了不延期毕业,中村硬着头皮研究了好些年。他甚至说服了日亚公司拿出五亿日元(约2400万人民币)来购买制造氮化镓的设备,自己还到佛罗里达大学进修了一年。

  中村后来仔细研究了赤崎勇和天野浩的制备方式,觉得他们忽略了一个细节:扫描电镜在测量氮化镓的时候,实际上也是对样品进行了加热,也许温度升高才是导致氮化镓辐射蓝光能力增强的原因。沿着这个思路,1993年中村终于制备出能发射高亮度蓝光的氮化镓,并公开了他们制造的蓝光LED。于是日亚公司开始量产这种蓝光LED,并在之后的数年里赚了几千亿日元,成了LED行业的霸主。中村的论文让他取得了日本德岛大学的博士学位,LED也开始取代其他照明设备,走进千家万户。

  2014年,为了表彰蓝光LED的发明者,中村修二与赤崎勇、天野浩一起获得了该年度的诺贝尔物理学奖。

  诺奖得主打赢了官司

  中村发明了蓝光LED后,日亚便以公司的名义申请了专利,并开始大量生产销售蓝色发光二极管,从一个乡镇企业摇身一变成为世界最大的LED公司。而让日亚赚得盆满钵满的中村修二,最后只拿到公司发的二万日元奖金,折合人民币也就1000来块。没有升职,没有加薪,他还在原来的实验室里,孤身一人做着实验。

  当时美国加州大学圣芭芭拉分校的华裔校长杨祖佑,特地飞到日本邀请中村。当杨祖佑发现中村修二还在地下室做实验,职位只是一个技术员时,杨祖佑知道机会来了。1999年中村从日亚辞职,连带着退了日本国籍,接受邀请去圣芭芭拉分校担任教授。

  2000年底,日亚公司以涉嫌泄露商业秘密为由,将中村告上法庭。一年后,中村反告日亚公司,要求公司支付发明专利赔偿金,最后中村胜诉,官司以日亚赔付中村8.4亿日元(约4000万人民币)而告终。   (摘自《世界博览》2023年第23期)