诺奖得主中村修二:高效蓝色LED的发明与固态照明的未来

2018年8月10-12日,以“共享全球智慧,引领未来科技”为主题的世界科技创新论坛在北京会议中心举办。2014年诺贝尔物理学奖获得者、美国加州大学教授中村修二在演讲中表示,LED照明将对改善全球的生态环境起到重要作用,“全球变暖确实是所有国家、政府亟待解决的挑战,如果全世界都能使用LED照明会极大的减少能源的消耗。”

发言实录全文如下:

我给大家介绍我们的未来还包括激光照明。先做一个自我介绍,日本由4个岛构成,最小的岛是我的出生地,我从小在这里出生和长大。后来我上了德岛大学,德岛大学是一个非常小的排名非常垫底的学校,在我从德岛大学毕业以后加入了一家很小的化学品公司,叫日亚化学公司,这是一家做化学品的公司。当我加入这个化学品公司时,我的工作内容是开发红色、绿色、蓝色和白色LED,我在该公司供职了20年,正是在这个工作期间我开发了各种颜色的LED。我们没有跟外面任何一家公司合作,也没有跟政府合作,完全是自主研发的。1971年毕业以后,我加入了这家日亚化学公司,当时这个公司只有100人,非常小的一个化学品公司。

再介绍LED,红色、绿色、蓝色LED是我们这些年不断开发的成果,红色LED是60年代发明的,渐渐的才丰富了其它颜色。从60年代以来,很多世界上的科学家希望开发蓝色和绿色LED,因为我们希望丰富它的色彩,我们希望有三个原色的LED,全世界大量的科学家都没有成功开发出蓝色和绿色LED,但是我们在1993年开发了高效蓝色发光的LED,而且我们在1993年实现了蓝色高效LED的量产,大家可以想像这个难度。

后来我们在1995年也开发了绿色的LED,根据我的经验,我记得1979年,我从德岛大学毕业加入这个日亚化学品公司,头十年我是开发传统的LED,当时我的老板让我开发传统的LED,所以在我加入日亚化学的头十年,我们都知道它是一个化学品公司,它没有任何的开发LED的经验,它是做化学品的,所以等于我加入之后才牵头从零开始开发LED设备。但是没有销售额,因为当时有很多半导体公司已经在传统LED方面非常成功了,与之相比我们日亚化学品公司是一个非常小的也是一个新入行的公司,这样努力了十年以后,在这个过程中,1989年我开始学习LED技术,当时我读了有关LED的科学论文。所有的科学论文都说LED最大的技术挑战是没有蓝色和绿色LED,如果有了蓝色和绿色LED一定会带来巨大的市场商机,所以当年大量的科学期刊和论坛都在讲这个问题,所以当时使我下决心要开发绿色LED。

1988年,我让公司的创始人批准,我请求他是否能开发蓝光LED,他表示同意。1988年到1989年我去了佛罗里达大学,后来用了三年时间开发蓝色LED,我觉得很容易,非常容易。通过三年的研究,我赢得了诺贝尔奖。因为最初的十年,开发传统的LED这个经验从零开发,红色LED的经验,奠定了我一些基础,所以我后来用了三年功夫研发出了红色LED,赢得了诺贝尔奖,现在它用于各种应用。

我的兴趣是植物工厂,利用LED照明可以用于植物工厂,这个存在巨大的市场空间,在硅谷好多风险投资人士也非常追捧植物工厂的概念。有一些地方不符合非常好的生产条件,所以有了这个植物生产的工厂可以解决这个问题,前面朱棣文教授介绍了全球变暖,全球变暖确实是所有国家、政府亟待解决的挑战,如果全世界都能使用LED照明会极大的减少能源的消耗。

LED可以用于各个领域,此外我在1995年还开发了紫外线多量子景激光LED。我们说蓝光LED很适用于车辆,但是今天人们都喜欢用电脑下载电影,但是蓝色LED的市场还是比较小的,今天我们有了紫外线多光子景这个激光二极管,它的应用前景就巨大了,它的市场将巨大,非常有意思。

所以给大家介绍第三代激光照明,我们已经进入了第三个时代,固态激光照明。这里比照了蓝光LED和激光二极管的差别,我们看蓝光LED需要提高它的能源密度,在高电量密度情况下蓝光LED就显得逊色,可是如果用激光LED的话,它的能源密度会非常高。如果是照明的时候,用一个非常小的芯片,这是激光LED的好处,它的尺寸跟一个芯片一样大,而且它的照明效果是蓝光LED的一千倍,所以如果使用激光照明,可以极大地降低照明的成本。尤其是中国,有这么多新的电影院的建设,如果能用这个激光的播映机的话,那么它非常的亮,在中国如果去电影院看电影,你会发现中国使用的这个电影放映机是激光的投影机,效果非常好。

另外,它的价格更便宜,现在已经有了100寸的激光电视机,跟现有的电视机相比来说,跟现在LCD TV或者OLED TV相比更有成本优势。比如OLED电视要一万,但是激光TV要比它更便宜,还有我们讲的激光投影机,它的身材也在小型化,以后可以有50寸的激光电视,而且价格更便宜,我认为这个技术将代表了未来的电视机的发展趋势。

还有作为汽车的大灯,现在LED的大灯只能照300米,可是激光可以照一公里。激光大灯,首先大灯将非常小,不像现在这么大。用更小的激光大灯就像一个投影机一样,如果用LED做大灯,LED的芯片就有这么大,基于现在的这个能源密度比较低的话,它就更大。如果我们用激光照明的话,它的尺寸更小,我们可以看到这个激光作为汽车大灯有各种的好处。那么今天汽车的设计师正在寻找最小型化的汽车大灯。

我们还可以用这个激光焊接,激光切割和激光雷达,这里看到红外线等等我们看到光束的大小,如果激光的光束太大,使用不便,CD是最大的,DVD略小,而蓝光目前是最小的,400纳米,所以它的光束更小。所以蓝光LED它的光束更小,跟DVD和CD相比有它的优势。这样特别适合用于激光的焊接和激光的切割,所以在你做切割的时候它的光束非常小非常准确,它跟其它的光源相比,它非常得准确,很适合今天的切割和焊接工作。而且由于这个蓝光利用激光,它的能源密度也很高。这是具体的例子,激光的切割、焊接目前都是用红外线,未来将用蓝光切割。

这是《星球大战》的影片,它已经走在前面了,预测了激光武器的出现,激光有非常高的能源密度,它在瞄准和火力方面更强大。还有利用激光雷达,Lidar主要是自动驾驶技术需要的,车顶上会有这个lidar,那么它去扫描去测距形成形象,利用这个雷达去扫描,但现在他们用的是红外线的方式,如果未来我们用蓝光的会使得这个雷达更小。我们可以提高lidar成像的清晰度,现在的成像率非常低就像老电视一样,如果以后我们用蓝光的雷达,那么它的成像率将非常高非常清晰,减少车祸发生的数量,因为通过提高成像的清晰度可以减少交通事故。

比如苹果X,它有一个人脸识别功能,用的也是红外线识别技术,但它的成像率非常低,不清晰。但如果我们用蓝光雷达二极管的话,以后我们的人脸识别会更准确,它可以识别所有人的脸,非常精确的实现人脸识别。我们用蓝光雷达二极管替代所有的红外线二极管,这也是一个非常大的机会,光保真机会,又叫可见光无线通信。速度非常高,用于通讯非常合适。目前我们的通信主要是WiFi,WiFi用的是无线电的频道,而我们的蓝光激光它的频率更高,也就是带宽可以非常宽,有很多的优势,而且不会受到噪音的影响,未来的应用前景很乐观。比如说数据传输,WiFi当前人们用3G或者4G网络,4G的数据传输比较慢,只有0.3GB每秒,这是4G。可现在人们在开发下一代的WiFi,叫5G,5G只有10GB每秒。但到了激光传输,到了光保真技术的时候,可见光无线技术的时候,它可以达到100G每秒,那么LiFi将带来未来无线电通讯技术的极大突破,传输速度的极大提升,所以LOD已经向我们走来。5G今天还没有准备好,4G还是不够快,但现在LIFI已经走到我们的门口,而且LiFi是非常简单的技术,这种光保真技术非常简单,因为我们四处都可以装LED的照明设备,LED照明无处不在,可以促进LiFi作为可见光无线通信设备的便利因素,以后智能手机公司等等都会非常关注这个技术的发展,当然这是我的一家之言。我就说这些,谢谢大家!

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责任编辑:韩凤鸣
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