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高效藍(lán)光LED的發(fā)明和固態(tài)照明的未來

nDFv_cnledw2013 ? 來源:未知 ? 作者:胡薇 ? 2018-08-14 15:10 ? 次閱讀
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8月10-12日,世界科技創(chuàng)新論壇在北京會議中心舉辦,包括Kip Thorne、Thomas J.Sargent、Michael Levitt、朱棣文在內(nèi)的20余位諾貝爾獎獲得者,以及中科院院士曹春曉、美國國家工程院院士陳剛等諸多中外頂級學(xué)者專家應(yīng)邀出席,共同打造史無前例的中國最高級別智慧盛宴,探討全球科技創(chuàng)新成果、描繪未來中國科技創(chuàng)新藍(lán)圖。

論壇上,2014年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者中村修二教授發(fā)表題為“高效藍(lán)光LED的發(fā)明和固態(tài)照明的未來”的演講。在演講中,中村修二表示,LED照明將對改善全球的生態(tài)環(huán)境起到重要作用,“全球變暖確實是所有國家、政府亟待解決的挑戰(zhàn),如果全世界都能使用LED照明會極大的減少能源的消耗。”

發(fā)言實錄全文如下:

我給大家介紹我們的未來還包括激光照明。先做一個自我介紹,日本由4個島構(gòu)成,最小的島是我的出生地,我從小在這里出生和長大。后來我上了德島大學(xué),德島大學(xué)是一個非常小的排名非常墊底的學(xué)校,在我從德島大學(xué)畢業(yè)以后加入了一家很小的化學(xué)品公司,叫日亞化學(xué)公司,這是一家做化學(xué)品的公司。當(dāng)我加入這個化學(xué)品公司時,我的工作內(nèi)容是開發(fā)紅色、綠色、藍(lán)色和白色LED,我在該公司供職了20年,正是在這個工作期間我開發(fā)了各種顏色的LED。我們沒有跟外面任何一家公司合作,也沒有跟政府合作,完全是自主研發(fā)的。1971年畢業(yè)以后,我加入了這家日亞化學(xué)公司,當(dāng)時這個公司只有100人,非常小的一個化學(xué)品公司。

再介紹LED,紅色、綠色、藍(lán)色LED是我們這些年不斷開發(fā)的成果,紅色LED是60年代發(fā)明的,漸漸的才豐富了其它顏色。從60年代以來,很多世界上的科學(xué)家希望開發(fā)藍(lán)色和綠色LED,因為我們希望豐富它的色彩,我們希望有三個原色的LED,全世界大量的科學(xué)家都沒有成功開發(fā)出藍(lán)色和綠色LED,但是我們在1993年開發(fā)了高效藍(lán)色發(fā)光的LED,而且我們在1993年實現(xiàn)了藍(lán)色高效LED的量產(chǎn),大家可以想像這個難度。

后來我們在1995年也開發(fā)了綠色的LED,根據(jù)我的經(jīng)驗,我記得1979年,我從德島大學(xué)畢業(yè)加入這個日亞化學(xué)品公司,頭十年我是開發(fā)傳統(tǒng)的LED,當(dāng)時我的老板讓我開發(fā)傳統(tǒng)的LED,所以在我加入日亞化學(xué)的頭十年,我們都知道它是一個化學(xué)品公司,它沒有任何的開發(fā)LED的經(jīng)驗,它是做化學(xué)品的,所以等于我加入之后才牽頭從零開始開發(fā)LED設(shè)備。但是沒有銷售額,因為當(dāng)時有很多半導(dǎo)體公司已經(jīng)在傳統(tǒng)LED方面非常成功了,與之相比我們?nèi)諄喕瘜W(xué)品公司是一個非常小的也是一個新入行的公司,這樣努力了十年以后,在這個過程中,1989年我開始學(xué)習(xí)LED技術(shù),當(dāng)時我讀了有關(guān)LED的科學(xué)論文。所有的科學(xué)論文都說LED最大的技術(shù)挑戰(zhàn)是沒有藍(lán)色和綠色LED,如果有了藍(lán)色和綠色LED一定會帶來巨大的市場商機,所以當(dāng)年大量的科學(xué)期刊和論壇都在講這個問題,所以當(dāng)時使我下決心要開發(fā)綠色LED。

1988年,我讓公司的創(chuàng)始人批準(zhǔn),我請求他是否能開發(fā)藍(lán)光LED,他表示同意。1988年到1989年我去了佛羅里達(dá)大學(xué),后來用了三年時間開發(fā)藍(lán)色LED,我覺得很容易,非常容易。通過三年的研究,我贏得了諾貝爾獎。因為最初的十年,開發(fā)傳統(tǒng)的LED這個經(jīng)驗從零開發(fā),紅色LED的經(jīng)驗,奠定了我一些基礎(chǔ),所以我后來用了三年功夫研發(fā)出了紅色LED,贏得了諾貝爾獎,現(xiàn)在它用于各種應(yīng)用。

我的興趣是植物工廠,利用LED照明可以用于植物工廠,這個存在巨大的市場空間,在硅谷好多風(fēng)險投資人士也非常追捧植物工廠的概念。有一些地方不符合非常好的生產(chǎn)條件,所以有了這個植物生產(chǎn)的工廠可以解決這個問題,前面朱棣文教授介紹了全球變暖,全球變暖確實是所有國家、政府亟待解決的挑戰(zhàn),如果全世界都能使用LED照明會極大的減少能源的消耗。

LED可以用于各個領(lǐng)域,此外我在1995年還開發(fā)了紫外線多量子景激光LED。我們說藍(lán)光LED很適用于車輛,但是今天人們都喜歡用電腦下載電影,但是藍(lán)色LED的市場還是比較小的,今天我們有了紫外線多光子景這個激光二極管,它的應(yīng)用前景就巨大了,它的市場將巨大,非常有意思。

所以給大家介紹第三代激光照明,我們已經(jīng)進入了第三個時代,固態(tài)激光照明。這里比照了藍(lán)光LED和激光二極管的差別,我們看藍(lán)光LED需要提高它的能源密度,在高電量密度情況下藍(lán)光LED就顯得遜色,可是如果用激光LED的話,它的能源密度會非常高。如果是照明的時候,用一個非常小的芯片,這是激光LED的好處,它的尺寸跟一個芯片一樣大,而且它的照明效果是藍(lán)光LED的一千倍,所以如果使用激光照明,可以極大地降低照明的成本。尤其是中國,有這么多新的電影院的建設(shè),如果能用這個激光的播映機的話,那么它非常的亮,在中國如果去電影院看電影,你會發(fā)現(xiàn)中國使用的這個電影放映機是激光的投影機,效果非常好。

另外,它的價格更便宜,現(xiàn)在已經(jīng)有了100寸的激光電視機,跟現(xiàn)有的電視機相比來說,跟現(xiàn)在LCD TV或者OLED TV相比更有成本優(yōu)勢。比如OLED電視要一萬,但是激光TV要比它更便宜,還有我們講的激光投影機,它的身材也在小型化,以后可以有50寸的激光電視,而且價格更便宜,我認(rèn)為這個技術(shù)將代表了未來的電視機的發(fā)展趨勢。

還有作為汽車的大燈,現(xiàn)在LED的大燈只能照300米,可是激光可以照一公里。激光大燈,首先大燈將非常小,不像現(xiàn)在這么大。用更小的激光大燈就像一個投影機一樣,如果用LED做大燈,LED的芯片就有這么大,基于現(xiàn)在的這個能源密度比較低的話,它就更大。如果我們用激光照明的話,它的尺寸更小,我們可以看到這個激光作為汽車大燈有各種的好處。那么今天汽車的設(shè)計師正在尋找最小型化的汽車大燈。

我們還可以用這個激光焊接,激光切割和激光雷達(dá),這里看到紅外線等等我們看到光束的大小,如果激光的光束太大,使用不便,CD是最大的,DVD略小,而藍(lán)光目前是最小的,400納米,所以它的光束更小。所以藍(lán)光LED它的光束更小,跟DVD和CD相比有它的優(yōu)勢。這樣特別適合用于激光的焊接和激光的切割,所以在你做切割的時候它的光束非常小非常準(zhǔn)確,它跟其它的光源相比,它非常得準(zhǔn)確,很適合今天的切割和焊接工作。而且由于這個藍(lán)光利用激光,它的能源密度也很高。這是具體的例子,激光的切割、焊接目前都是用紅外線,未來將用藍(lán)光切割。

這是《星球大戰(zhàn)》的影片,它已經(jīng)走在前面了,預(yù)測了激光武器的出現(xiàn),激光有非常高的能源密度,它在瞄準(zhǔn)和火力方面更強大。還有利用激光雷達(dá),Lidar主要是自動駕駛技術(shù)需要的,車頂上會有這個lidar,那么它去掃描去測距形成形象,利用這個雷達(dá)去掃描,但現(xiàn)在他們用的是紅外線的方式,如果未來我們用藍(lán)光的會使得這個雷達(dá)更小。我們可以提高lidar成像的清晰度,現(xiàn)在的成像率非常低就像老電視一樣,如果以后我們用藍(lán)光的雷達(dá),那么它的成像率將非常高非常清晰,減少車禍發(fā)生的數(shù)量,因為通過提高成像的清晰度可以減少交通事故。

比如蘋果X,它有一個人臉識別功能,用的也是紅外線識別技術(shù),但它的成像率非常低,不清晰。但如果我們用藍(lán)光雷達(dá)二極管的話,以后我們的人臉識別會更準(zhǔn)確,它可以識別所有人的臉,非常精確的實現(xiàn)人臉識別。

我們用藍(lán)光雷達(dá)二極管替代所有的紅外線二極管,這也是一個非常大的機會,光保真機會,又叫可見光無線通信。速度非常高,用于通訊非常合適。目前我們的通信主要是WiFi,WiFi用的是無線電的頻道,而我們的藍(lán)光激光它的頻率更高,也就是帶寬可以非常寬,有很多的優(yōu)勢,而且不會受到噪音的影響,未來的應(yīng)用前景很樂觀。

比如說數(shù)據(jù)傳輸,WiFi當(dāng)前人們用3G或者4G網(wǎng)絡(luò),4G的數(shù)據(jù)傳輸比較慢,只有0.3GB每秒,這是4G??涩F(xiàn)在人們在開發(fā)下一代的WiFi,叫5G,5G只有10GB每秒。但到了激光傳輸,到了光保真技術(shù)的時候,可見光無線技術(shù)的時候,它可以達(dá)到100G每秒,那么LiFi將帶來未來無線電通訊技術(shù)的極大突破,傳輸速度的極大提升,所以LOD已經(jīng)向我們走來。

5G今天還沒有準(zhǔn)備好,4G還是不夠快,但現(xiàn)在LIFI已經(jīng)走到我們的門口,而且LiFi是非常簡單的技術(shù),這種光保真技術(shù)非常簡單,因為我們四處都可以裝LED的照明設(shè)備,LED照明無處不在,可以促進LiFi作為可見光無線通信設(shè)備的便利因素,以后智能手機公司等等都會非常關(guān)注這個技術(shù)的發(fā)展,當(dāng)然這是我的一家之言。

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原文標(biāo)題:預(yù)測固態(tài)照明的未來——諾獎得主中村修二演講實錄

文章出處:【微信號:cnledw2013,微信公眾號:CNLED網(wǎng)】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

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