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中村修二:LED的发明和未来的展望

作者:电子信息产业网来源:中国电子报、电子信息产业网发布时间:2017-10-16 17:12我要评论

中村修二:我想谈一下LED的发明和未来的展望。在日本一共有四个岛,最小的岛叫做四国岛。我本人是在四国这个地方出生,上学,而且大学也是在四国的一个很小的大学,叫德岛大学。那儿只有硕士的课程,没有博士。然后我进入了在阿南市,一个日亚化工企业。大概只有200人左右,它是一个化工的企业。在这儿我工作了20年,刚开始的时候,大家可以看一下是红光二极管,我进行了发明,并且制成了产品。因为日亚化学本身是百分之百化工的企业,所以半导体的技术完全没有,我们既没钱,又没技术,但是我通过自己的研发,发明了三个红光二极管的产品,但是都没有卖出去。在这个过程中很多的人都离开了,小川总裁,他说你可以接着做。而且给了我5亿日元的研发的基金,让我做蓝光二极管的研发。在之后我花了十年的时间,研发出了蓝光、绿光、白光的发光二极管。日亚化学这家公司它不愿意跟别人进行合作,跟任何的企业都没有合作,而且没有任何国家的资助。是日本的偏僻的一个地方,一个小公司用自己的力量进行研发。所以这个成果出来的时候日本都不相信,这是德岛大学它们毕业生进入到日亚化学的时候的照片,大概有几个人,我在中间,是当时入职时候的情景。

接下来谈一下LED。当时公司做的更多的是照明,大家知道对人,对植物最为友善的光是太阳光。LED是由三层组成:一个是绿光,一个是蓝光,一个是红光。我们把绿色叫P型的层。不管怎么说,记住有三层就可以了。这三层刚才提到是在日亚化学这家公司里,没有跟任何人进行合作,没有使用国家的一分钱,自己完成了研发,并且制成了产品,这是1993年的事。

刚才谈到了蓝光发光二极管,中间是红光。这是发光层。这个材料如果进行改的话,可以从紫外线改成红光等等。现在用紫光或者紫外线也可以进行发光。蓝光二极管最大的特点是什么?它是白光的发光。白光的背光是怎么使用呢?是蓝光和黄色结合在一起,或者是把三原色混合起来形成了白光。实际白光的制作是怎样呢?大家可以看一下,我们是蓝光的发光有一个芯片,大家看一下它发出了蓝光。黄光是通过荧光体发出的。蓝光和黄光结合在一起的话就形成了白光。现在有一个很大的问题,因为蓝光是从蓝光的芯片来的,所以它的光谱比较窄,它的峰值很强。这样的话会对人体造成一些影响。大家都知道,蓝光进入眼睛的话,大家知道有褪黑素。美国是作为助眠来使用的。如果蓝光进入眼睛后会让人难以入眠,引发各种各样问题。2016年苹果有这样一个简报发出来,他们提出来LCD的背光它用了很多的蓝光,包括苹果,iPad,液晶电视都是用蓝光作为背光的。这样的话蓝光的强度很强,因此会人体的健康带来影响,会使荷尔蒙之中的褪黑素减少,而且有可能引发癌症。这是让人很可怕。因此现在的背光90%%以上都是蓝光二极管发出里的,这时候会影响人的健康。现在在白光的发光体里,没有对人体造成影响的,只有我所在的叫索拉的公司,它是采用紫光的二极管,这个对于人体是没有任何损害的。所以紫光二极管是好的。

刚才提到了蓝光二极管生产了各种各样的照明的器具,蓝光二极管在六十年代就已经被发明出来了,为了形成各种各样的颜色,因为有三原色,所以从六十年代开始全球的科学家都希望能够研发出绿光和蓝光的二极管。但是很多的有名的大学、企业都研发部出来。但是在1993年,刚才主持人也提到了,是在日本的德岛市,在阿南这个地区,由我们一家化学的企业,叫日亚化学研发出了蓝光二极管,并且实现了量产。我是1997年进入这加公司的,刚开始的十年,主要是研发红光二极管的研发。而且研发出了三种产品,但是都卖不出去。因为有很多大型的家电都已经推出了红光二极管的产品,一个偏僻地方的中小企业生产的东西肯定卖不出去。但是我们公司的高层说,你想离开都可以离开了,但是离开前你想做什么事情都可以做一下。因为我刚才入职的时候我的老板跟我说,当我提到我想做蓝光二极管,当时他说你是不是有点傻,公司没有实力,又没有技术,又没钱,没有人,你怎么可以做出来呢?所以当初我把这个愿望抑制了,在后来我离开的时候我想把这个事情做一下,我找到小川董事长,我说让我做蓝光二极管吧。他说可以,给你5亿元做这个事情。而且我没去过国外,他说可以去国外学习一段时间。所以这个事情完全交给我自己来做。因为我当时是想着反正我准备要离开了,我提要求你不答应我就走了,但是没想到他都同意了。刚才提到了在最初的十年我们研发了红光的二极管,而且生产出了各种各样的器件。但是这个器件完全卖不出去,我们是完全通过自己的手来研发的装置,因为是化工公司,没有任何的电子方面的器件。蓝光二极管用在什么地方呢?包括各种各样的照明,等等。最有趣的是植物工厂,现在在硅谷是最热的话题,因为将来我们可能遇到粮食的危机。大家可以看一下,所有的植物都是绿色的,所以它本身不需要绿色,只需要红色和蓝色。大家看最近的研究,最上面的是CWF,它有很多的峰值,这是太阳光,然后LED1、2、3分别是,我们用了红光和蓝光的发光二极管。因为绿光本身植物就有,就不需要绿光了。大家看一下CWF长的最好,也就是说阳光对植物的生长是最好的,人也是一样。对于人来说阳光是最好的。但是在室内的照明里我们的照明和阳光是不一样的。所以我们看到LED1、2、3用这三种光的话在家中长的都不是太好。看一下下面的蓝光二极管为什么能研发呢?60年代、70年代有很多人在全球研究,它有两种材料,其实发不发光是取决于材料,一个是ZINK,另外还有镓。我们看到有黑线,这是Defect,是它各种各样的缺陷,我们看出来造出来的东西有各种各样的缺陷。如果是ZINK这个材料的话,没有任何的缺陷。在70年代、80年代大家都是用ZINK来进行研发,作为材料。我当时是在佛罗里达大学待了一年,当时有人说你是博士吗,我说我是在德岛大学拿的硕士。另外问我学过化学原理吗?我说我是为零的。这样他把我当做一个技工了,在美国谈到科学家必须有博士学位的,我当时35岁。35岁没有化学的论文,也没有博士学位,我在那里学了一年,然后回到了日本。我当时有一个梦想,回到日本我一定拿到博士学位。在日本如果发表五篇论文的话就可以获得论文博士,有专门这种学位,不一定到学校去上学。所以我要写出五篇论文拿到博士。我没想到能研发出蓝光二极管。但是为了能够写出五篇论文,然后拿到博士学位。因为关于新方面的论文为数众多,但是用镓写的论文很少,每年只有几篇,所以如果我以镓作为原料来研发蓝光二极管的话有可能写出很好的论文,所以做了这方面的研究。开始做,从1989年开始,回到日本开始研发。最大的问题是绿的层和红色的层,这两个是没有的。我们必须把它做出来。而且为让它取得成长的话,必须有MOCVD,刚开始的时候我们在市面销售的MOCVD装置,但是做不出来。所以大概花了一年半时间对这个装置进行了改良,上午去对装置进行调整,下午进行研发,花了一年半的时间研发出了两种流量的MOCD,它带来了突破。在这个装置研发成功之后,我做什么事情都是世界领先的,都是世界第一。不管做什么,因为有了新装置,做什么都是领先的,而且获得了突破。大家可以看一下详细的内容,不介绍了。比方说刚才的PTEP层,等等层都做出来了。1994年蓝光二极管就问世了。本来当时想立刻发新闻简报的,但是公司里有相关的程序,我大概花了一年的时间,要把它做成量产的技术。大家可以看一下这是当时的我们发的新闻,另外还有蓝光激光的二极管。激光二极管它现在已经用于下一代激光照明里了。

接下来是第二个LED,是紫色的LED。在美国我搬到了,2000年的时候成立了一家公司,和三个同事一起成立的。我们首先是要研发紫色的二极管。大家看一下芯片,这是一个三角形的,它的效率很好,大概比蓝光二极管效率高一倍。基板用的也很好,是GGN,是氮化镓的基板,而且结晶情况非常之好。但是还有很多的缺陷,最大的区别是什么呢?蓝光、绿光、红光,它都是从荧光来的,它的效果和紫光不一样的,紫光是立即激活的状态,这是最重要的,在发光方面,大家可以看一下,首先是日光,所有的颜色都是具备的,而且对人眼是最好的,比方像卤素,在下面是用蓝光二极管所生产出的白光发光体,现在LED所用的白光发光体就是这个,跟太阳光是不一样的,大家看一下没有紫色,只有红色,没有灰色,所以大家可以看到这是目前我们看到的背光,而且它的强度太高了,对眼睛不好;如果是紫光的话都会拥有。因此,它对于人或者植物都是有好处的。还有一个,这是450,它的光谱的分值,如果超过450的话就会影响睡眠。刚才提到了蓝光存在这方面的问题,对健康是不好的。现在发光体大家看是最左边的,而最近像苹果,它有一个新的产品,它的蓝光的强度降到了一半,对睡眠是好的。将来如果用我们索拉公司生产的紫色的发光体的话,肯定会是最好的。下一代的照明,应该是激光照明。它的电流的密度应该是LED一千倍以上。因为增加了一千倍,所以效率会更高。说一句极端的话,它的效果会是LED的100倍或者1千倍,同样大小的芯片。现在能够用的一个是投影,投影用激光,激光投影,而且可以当做电视来放。另外还有车的前大灯。LED只能照到300米,而激光的话,如果作为车的大灯的话,能够召到一公里以外的距离。然后是MEMES,比如说我们用这样的镜子的话,这个激光的前灯本身会成为一个投影,有各种各样的投影的可能性,各种各样的图像都会呈现出来。比如说人要穿过的时候,可以把这个区域域放大。LED的芯片很小,所以在MEMES方面是不能使用的,是存在缺陷的,但是激光可以解决这个问题。还有是WIFI,现在我们在物联网时代用的是WIFI,但是WIFI它的带宽是非常窄,所以很多情况不能用。而今后通过LED或者是激光就可以实现LIFI,所以通讯会变得更快。从这个意义上说LED的照明,激光的照明它有可能成为取代WIFI通信的手段。刚才王董事长提到了一个应用的具体事例,所以今后显示,乃至照明可以同时承担通讯的作用,希望各位给予理解。谢谢各位。


责任编辑:赵强

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