Wednesday, October 8, 2014
今年的物理奖应该是日本的荣耀
日本3科學家。
赤崎勇(Isamu Akasaki)名城大学终身教授、
天野浩(Hiroshi Amano)名城大学、名古屋大学教授和
中村修二(Shuji Nakamur)美国加州大学圣塔芭芭拉分校教授,美籍
科学家在牛顿时代就明白红,绿和蓝三色混合后能变成白色光,
其实所有颜色本身就是不同比例的红绿蓝(RGB) 三种原始颜色演变来的。
LED概念始于俄国,LED产生的电子光具有高能效和长寿命等特点,并且不像产生萤光的汞材料会对环境有害。
红色和绿色的LED早在六十年代就在美国发明,今2014年的诺贝尔奖则是授予蓝LED的发明,
他们的工作使红绿蓝三色混合的LED成为可能,这样使LED得以应用于电视或手机等广泛的领域。
诺贝尔委员会也强调这是能给人类生活带来便利的发明奖项,不像以往很多诺贝尔奖是授予深层的对未知世界的探索。
但是今年的物理奖仅授予蓝LED,而直接发明了LED并且仍然健在的美国科学家James R. Biard (德州仪器)
和Nick Holonyak, Jr. (UIUC退休教授)却被排除在外,
可能是因为蓝LED的发明过程极其困难和它对产生全色LED之关键,
毕竟它是另外两种LED存在了三十年并且在很多科学家尝试后才得以发明的。
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LED是一種會發光的二極體半導體元件,它是由P型和N型兩種半導體結合而成,
可使通過的電流藉由N型半導體中的電子和P型半導體中的電洞,
在PN接面的主動區內復合,部分轉換為光,當然在這過程中也會產生熱。
早在上世紀初,就已發現這種電致發光現象,比愛迪生白熾燈的發明僅晚了不到30年,但LED商業化的腳步卻落後甚多。
第一顆實用的LED是單色紅光LED,是在60年代初期開發成功的。
再經數年的功夫,直到60年代末期,第一顆商用單色紅光LED才正式問市,但其總出光量僅有0.0001流明(lumen, lm)。
早期的LED單價高達一、兩百美元且效率不佳,因此鮮有商業上的應用。
但隨著大量生產技術的開發完成,LED單價開始大幅下降,雖出光量仍僅有幾個毫流明(mlm),但在商品上的應用已漸漸展開,
用於指示燈、早期的口袋型計算機和電子手表中的數字顯示,LED慢慢地滲入人們的日常生活中。
在整個70年代,橫跨80年代直至90年代中期,LED技術的發展是出光量和發光效能不斷地提升。
例如,出光量3流明的單顆紅光LED的發光效能可達每瓦25流明,已可應用在汽車煞車燈和室外的(廣告)看板上。
比起傳統的白熾燈每瓦10~15流明,其實在出光效率上已勝出了。
不同色彩的LED也陸續加入了照明的行列—淡黃色、綠色、藍色等。
而事實上,讓LED往照明跨出一大步的是高亮度藍光LED的發明,亮度可達1燭光(candela, cd),
這讓LED照明不再是夢想,它變得觸手可及,並將進入每個人的生活中。
從90年代中期白光LED的發明直至今日,所發生的是白光LED技術的持續發展和它在照明上的應用。
依生成的方式,白光LED主要可分成兩大類:
由紅光、綠光與藍光三種單色LED直接混色,
和由藍光或紫外線LED直接激發黃色螢光物質。
這兩種方式互有優缺點,
但單以出光效率來說,以螢光物質為基礎的白光LED事實上較三原色混色LED為佳,更適合於白光照明的應用。
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