近日，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，最受矚目的莫過于2014年諾貝爾物理獎獲得者、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)的愛迪生”。
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”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)測了固態(tài)照明技術(shù)的關(guān)鍵發(fā)展趨勢。
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)歷及開發(fā)藍(lán)色LED的過程。
上世紀(jì)六十年代，只有亮度較低的紅光LED，當(dāng)時的科學(xué)家都想要能夠發(fā)明出藍(lán)色、綠色LED，但是沒有人成功。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，他一直在開發(fā)傳統(tǒng)的LED，那時傳統(tǒng)LED技術(shù)已經(jīng)成熟。那個時候的日本，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，“能不能做藍(lán)光LED的研究?”在征得當(dāng)時公司創(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)作為訪問學(xué)者，一年之后回到日本，他就開始研究藍(lán)光LED，只用了三年的時間，他就發(fā)明了高效藍(lán)光LED。談到因此獲得諾貝爾獎，他笑稱，只有三年，非常容易。但實(shí)際上，在頭十年，中村修二為開發(fā)藍(lán)光LED做了一系列準(zhǔn)備，當(dāng)時沒有任何資金，所有設(shè)備都是他們自己制作的。
“從紅光到藍(lán)光LED，這個過程是非常相似的，所以，在頭十年通過復(fù)制其他的LED產(chǎn)品，但是這個復(fù)制的LED產(chǎn)品銷量非常不好。”中村修二總結(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，沒有人能夠制造出這個藍(lán)光LED，但是我發(fā)明出來了。這個可以作為你們研究的靈感。”
談及南昌大學(xué)副校長江風(fēng)益教授開發(fā)出高效能硅基黃光LED，他很是贊賞，表示：“拿到樣品后，我們也測試過，測量了它的光效等，它有非常大的價值。我們非常經(jīng)驗(yàn)，在LED領(lǐng)域，對于中國來說，這是非常大的發(fā)明。”
固態(tài)照明的未來看好四大領(lǐng)域
隨后，中村修二重點(diǎn)講述了固態(tài)照明的未來。在他看來，現(xiàn)在的熱門微型和小型LED，效率很高，也很節(jié)能，但還存在一些問題;LED農(nóng)業(yè)照明也是一大熱門，LiFi也是未來的發(fā)展方向，還有激光照明的市場也在不斷增長。
一是微型和小型LED。“現(xiàn)在LED可以應(yīng)用在各種場合，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。”演講中，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)在有一個非常大的問題。”他直言，300-600 dpi(每英寸點(diǎn)數(shù))、超過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，土地面積是有限的，未來的農(nóng)業(yè)中，用摩天大樓來做農(nóng)業(yè)大棚，比較便捷，可以將種植的農(nóng)產(chǎn)品疊加起來。”談及LED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，同時植物在LED照明下，能生長得非常快，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%。
“對于植物和人類來說，太陽光是最好的。但現(xiàn)在有一個問題，現(xiàn)在很多人大部分時間是在大樓里工作的，很多時間是在室內(nèi)，室內(nèi)光和太陽光畢竟是有差異的。如果在室內(nèi)，LED能夠模仿太陽光的話，增長就非常自然。
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，雖然他發(fā)明了LED，但卻又勇敢斷言，十年后，激光照明很可能會代替現(xiàn)在的LED照明。在他看來，激光照明的效率是LED的上千倍，一個激光燈能夠照亮100平方米的面積，能應(yīng)用到多個領(lǐng)域。但由于激光照明目前價格太高，導(dǎo)致應(yīng)用率不高，未來，可能會是一個大趨勢。
他指出，激光照明將會有非常多的應(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)他的報告，激光照明市場將不斷增長，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題是：今天的激光照明只能發(fā)射紅光或紅外光。對于這一問題，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、報警系統(tǒng)，比wifi容量更大。Li-Fi可見光通信(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LED發(fā)展的方向，不過他也表示，要克服技術(shù)限制與普及化，仍需要時間。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。 |
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