諾貝爾獎得主天野浩教授:LED還有巨大的應用空間
[2015.03.05] 其它語言:ENGLISH | 日本語 | 简体字 |

2015年1月14日,因發明藍色發光二極體(LED)而榮獲2014年度諾貝爾物理學獎的名古屋大學研究所教授天野浩,在東京內幸町的外國新聞中心以「LED產業的未來」為題發表了演講。天野教授說,造福世界的LED,其應用領域還非常廣泛,同時,他還介紹了照明用LED的未來發展情況以及深受期待的深紫外線(※1)LED實用化的開發研究工作。

LED照明:2016年後在世界全面普及

瑞典皇家科學院的諾貝爾獎評選委員會,對赤崎勇(名城大學)、中村修二(加州大學聖塔芭芭拉分校)和天野浩三位教授的成就,讚賞稱「他們的發明是革命性的。白熾燈點亮了20世紀,21世紀將由LED燈點亮。其高度的發光效率技術,將為世界上未能受益於電網的人們帶來福音。」

天野浩教授

天野教授在14日的講演中介紹說,手機全色化得益於藍色LED研發的成功,依據民間公司的有關LED實用化現狀的調查結果,2013年LED的世界市場約為1.57兆日圓,但預計到2020年將成長2.4倍,達到3.76兆日圓。

而且,天野教授還預測,考慮到歐美各國以及中國、日本等將禁止或結束白熾燈的銷售,2016年以後,LED將真正得到普及。

赤崎、天野、中村3位教授在上世紀90年代上半期,應用半導體成功地發明了之前難以備製的藍光二極體。由於紅色、綠色發光二極體業已問世,伴隨藍色LED的實用化,使得以LED備製包括「真正的」白色在內的全色光源成為可能,作為工業產品,其應用範圍急劇擴大。LED現今已經普及到手機、照明、交通信號等民生用品領域,發光強度改善,能量轉換效率也高出日光燈的約2倍。

LED價格:降至現在的5分之1

天野教授在談到LED的節約能源效果時說:「根據美國能源部的預測分析,截至2030年美國國內70%以上的照明都將使用LED。美國的電力消費量約為日本的4倍,採用LED照明的節約能源效果是300兆瓦小時,其規模相當於日本目前停運的48座核電廠的總發電量。

根據這一數據,天野教授指出,日本LED照明的普及率到2020年將達70%,走在了美國的前列,可以削減的電力消費約占發電總量的7%(換算成電費約為1兆日圓)。但要實現這個目標,必須將LED成本降低到目前的5分之1左右,今後仍有許多有待解決的問題。

之前天野教授曾這樣說過:「要讓全世界的人都用上LED照明,目前的價格還非常昂貴。在2020年之前將成本降低到現今的五分之一——這個目標如果得以實現,那麼LED將會極大地普及。沒有通電的地區,只需用3、4節電池,就可點亮LED,如果太陽能電池和蓄電池配套使用,那麼不需多高的電壓,直流電也足以提供在家讀書學習所需的照明,這還有利於對開發中國家的援助。」

有關降低LED成本的研究工作,天野教授列舉了「三維奈米線LED」的例子。通過週期性大量設置奈米級(1m的10億分之1分)氮化鎵(GaN)線的「奈米線結構」,以圖提高LED的發光效率。

天野教授認為,使LED降低成本的關鍵在於,①使用以既有製造設備就可生產的矽LSI(大規模集成電路)、②現在的LED,95%使用的是藍寶石基板,要力爭使亮度高出4倍的氮化鎵基板實用化。名古屋大學的研究團隊除了與法國公司推進這項共同研發外,還與美國、瑞典的公司也在進行合作。

深紫外線LED:開闢一個新的未來

天野教授還介紹了LED的應用研究工作。除了照明、螢幕以外,LED在其它產業領域也大有作為。例如,在植物工廠,它可用於培養植物的光源;還應用在單純依靠清潔光源就可進行治療的光遺傳學領域。

此外,天野教授還談及了波長僅250~350nm的深紫外線LED的開發情況。因為其環保、高效且壽命長的特點,應用範圍廣泛,不僅可以治療皮膚病,分析DNA,還可用來淨水,為解決水質污染助一臂之力,並且適用於紫外線印刷,可在3D印表機中得到應用。讓深紫外線LED開闢新的未來,造福人類,天野教授對致力於這項研究表現了極大的熱情。

天野教授透露,名古屋大學的團隊已在上述領域開始進行商品開發的準備工作。同時他還補充說,在有關利用氮化鎵的尖端技術研發方面,世界上強手如林,競爭也非常激烈。

實用化:研發工作的支柱

天野教授在談到有關繼續進行LED實用化等研究活動的精神支柱時說:「從事研究工作時最重要的一點,是研究人員抱有將來定能實用化、必會成功這種強烈的信念。如果你不在頭腦中形成『我必定要做出這個東西』的意象,那就科研就無法順利進展。就我個人而言,形成了意象的東西全部都實現了實用化。」

身為科研人員,面對自己的將來,天野教授在回答nippon.com日本網的採訪時說:「做到這一步,世界將會發生這樣的變化——我總是如此在心中描繪著未來的藍圖。我確信它們能夠付諸實現,所以,到我退休離開大學教師崗位的未來11年裏,我希望逐一全部完成。」

撰文、照片:原田和義(nippon.com日本網高級編輯)

標題圖片:名古屋大學研究所教授天野浩在演講會上2015年1月14日於東京內幸町的外國新聞中心

(※1)^ 紫外線中波長在200至350nm的光線——譯註。

  • [2015.03.05]
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