诺奖得主天野浩教授:LED还有巨大的应用空间
[2015.03.05] 其它語言 : ENGLISH | 日本語 | 繁體字 |

2015年1月14日,因发明蓝色发光二极管(LED)而荣获2014年度诺贝尔物理学奖的名古屋大学研究生院教授天野浩,在东京内幸町的外国新闻中心以“LED产业的未来”为题发表了演讲。天野教授说,造福世界的LED,其应用领域还非常广泛,同时,他还介绍了照明用LED的未来发展情况以及深受期待的深紫外线(※1)LED实用化的开发研究工作。

LED照明:2016年后在世界全面普及

瑞典皇家科学院的诺贝尔奖评选委员会,对赤崎勇(名城大学)、中村修二(加州大学圣芭芭拉分校)和天野浩三位教授的成就,赞赏称“他们的发明是革命性的。白炽灯点亮了20世纪,21世纪将由LED灯点亮。其高度的发光效率技术,将为世界上未能受益于电网的人们带来福音。”

天野浩教授

天野教授在14日的讲演中介绍说,手机全色化得益于蓝色LED研发的成功,依据民间公司的有关LED实用化现状的调查结果,2013年LED的世界市场约为1.57万亿日元,但预计到2020年将增长2.4倍,达到3.76万亿日元。

而且,天野教授还预测,考虑到欧美各国以及中国、日本等将禁止或结束白炽灯的销售,2016年以后,LED将真正得到普及。

赤崎、天野、中村三位教授在上世纪九十年代上半期,应用半导体成功地发明了之前难以备制的蓝光二极管。由于红色、绿色发光二极管业已问世,伴随蓝色LED的实用化,使得以LED备制包括“真正的”白色在内的全色光源成为可能,作为工业产品,其应用范围急剧扩大。LED现今已经普及到手机、照明、交通信号等民生用品领域,发光强度改善,能量转换效率也高出日光灯的约2倍。

LED价格:降至现在的五分之一

天野教授在谈到LED的节能效果时说:“根据美国能源部的预测分析,截至2030年美国国内70%以上的照明都将使用LED。美国的电力消费量约为日本的4倍,采用LED照明的节能效果是300太(拉)瓦小时,其规模相当于日本目前停运的48座核堆的总发电量。

根据这一数据,天野教授指出,日本LED照明的普及率到2020年将达70%,走在了美国的前列,可以削减的电力消费约占发电总量的7%(换算成电费约为一万亿日元)。但要实现这个目标,必须将LED成本降低到目前的五分之一左右,今后仍有许多有待解决的问题。

之前天野教授曾这样说过:“要让全世界的人都用上LED照明,目前的价格还非常昂贵。在2020年之前将成本降低到现今的五分之一——这个目标如果得以实现,那么LED将会极大地普及。没有通电的地区,只需用三、四节电池,就可点亮LED,如果太阳能电池和蓄电池配套使用,那么不需多高的电压,直流电也足以提供在家读书学习所需的照明,这还有利于对发展中国家的援助。

有关降低LED成本的研究工作,天野教授列举了“三维纳米线LED”的例子。通过周期性大量设置纳米级(一米的十亿分之一分)氮化镓(GaN)线的“纳米线结构”,以图提高LED的发光效率。

天野教授认为,使LED降低成本的关键在于,①使用以既有制造设备就可生产的硅LSI(大规模集成电路)、②现在的LED,95%使用的是蓝宝石基板,要力争使亮度高出4倍的氮化镓基板实用化。名古屋大学的研究团队除了与法国公司推进这项共同研发外,还与美国、瑞典的公司也在进行合作。

深紫外线LED:开辟一个新的未来

天野教授还介绍了LED的应用研究工作。除了照明、显示屏以外,LED在其他产业领域也大有作为。例如,在植物工厂,它可用于培养植物的光源;还应用在单纯依靠清洁光源就可进行治疗的光遗传学领域。

此外,天野教授还谈及了波长仅250~350纳米的深紫外线LED的开发情况。因为其环保、高效且寿命长的特点,应用范围广泛,不仅可以治疗皮肤病,分析DNA,还可用来净水,为解决水质污染助一臂之力,并且适用于紫外线印刷,可在立体打印中得到应用。让深紫外线LED开辟新的未来,造福人类,天野教授对致力于这项研究表现了极大的热情。

天野教授透露,名古屋大学的团队已在上述领域开始进行商品开发的准备工作。同时他还补充说,在有关利用氮化镓的尖端技术研发方面,世界上强手如林,竞争也非常激烈。

实用化:研发工作的支柱

天野教授在谈到有关继续进行LED实用化等研究活动的精神支柱时说:“从事研究工作时最重要的一点,是研究人员抱有将来定能实用化、必会成功这种强烈的信念。如果你不在头脑中形成‘我必定要做出这个东西’的意象,那就科研就无法顺利进展。就我个人而言,形成了意象的东西全部都实现了实用化。”

身为科研人员,面对自己的将来,天野教授在回答nippon.com日本网的采访时说:“做到这一步,世界将会发生这样的变化——我总是如此在心中描绘着未来的蓝图。我确信它们能够付诸实现,所以,到我退休离开大学教师岗位的未来11年里,我希望逐一全部完成。”

撰文、照片:原田和义(nippon.com日本网 高级编辑)

标题图片:名古屋大学研究生院教授天野浩在演讲会上  2015年1月14日于东京内幸町的外国新闻中心

(※1)^ 紫外线中波长在200至350纳米的光线——译注。

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