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2014年10月08日

攻破藍光LED難題 為照明技術起革命
3日裔科學家 奪物理學獎

【諾貝爾獎 物理學獎】

今時今日,從戶外大型燈飾、家中的電視機和人們手上的手機和平板電腦,都可見發光二極管(LED)的蹤影。但欠了藍光LED,紅綠藍三原色就不齊全,LED照明的世界也不會來。日本三名研究員憑十年磨一劍的毅力,攻破製造藍光LED的難題,令高效節能兼環保的LED照明技術革命變得可能,破格以純應用技術發明,奪得今年的諾貝爾物理學獎。

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瑞典皇家科學院昨天(周二)宣佈將物理學獎,頒給日本的赤崎勇、天野浩和已入籍美國的中村修二時表示:「他們的發明是革命性的。白熾燈照亮了20世紀,21世紀將由LED燈照亮。」

耗能比燈泡少得多

評審團指出,愛迪生19世紀末發明的白熾燈,即電燈泡,是用電流通過金屬線,令其發熱發光,大部份能源卻都浪費在發熱上;20世紀的光管和慳電膽用電流通過燈絲釋放出電子,激發水銀蒸氣發光,但燈絲同樣有發熱,只是浪費的能源較少;LED則是將電流直接轉換成光粒子,耗能所以少得多。
不過,LED所發出光線的顏色,是由其製成物料決定,波長越短,即光波的頻率越高,涉及更高能量活動,製造會越加困難。紅光LED在1950年代末就已發明,綠光LED亦緊隨其後,但研發藍光LED,卻遇上前所未見的困難。
美國、歐洲和日本的實驗室,都認為氮化鎵(gallium nitride, GaN)是製造藍光LED一大可能物料,不過要製造高質量氮化鎵結晶體、尋找適合的物料讓氮化鎵在上面結晶,以至用氮化鎵製造缺乏電子的p層,都非常困難,令各實驗室一一卻步,強如飛利浦也嘗試找其他物料開發藍光LED。
赤崎勇早在1974年就已開始研究氮化鎵,81年加入名古屋大學跟天野浩繼續硬幹,中村修二在日亞化學工業亦研發十多二十年,終分別在92年製成藍光LED。評審團形容:「他們自己製造儀器,學會有關技術,進行了數以千計實驗,多數都失敗,但他們沒有氣餒,這是最高水平的實驗室藝術。」
香港理工大學應用物理學系系主任劉樹平向本報表示,中村等人成功的其中一個秘密,是改變物料製造過程中的氣體流動方向,是經過無數失敗嘗試摸出來。三人成功製造藍光LED後,又在不同氮化鎵層加入銦和鋁,加強發光效率。

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比白熾燈耐用百倍

藍光LED製成後,就可跟紅光和綠光LED湊齊三原色,可發白光和其他色彩。劉樹平指一枚6瓦的LED燈,產生光度跟100瓦的鎢絲燈泡相同,發光效率是其十多倍,也比光管和慳電膽多4至5倍,而且沒有後者的水銀污染問題。LED燈一枚可用長達10萬小時,也是光管和慳電膽的10倍、白熾燈的100倍。
評審團指出,現時全球的電力消耗,約1/4是用在照明上,LED燈普及可大為節能,而且全球有15億人電力網未能觸及,LED燈的低耗能意味可在當地用太陽能發電支持,照亮他們的夜晚。評審團亦指三人在藍光LED的基礎上開發藍光激光,由於藍光波長較短,可將資料更為壓縮,藍光光碟就可儲存更多資料,藍光激光亦改善了激光打印機的表現。 
諾貝爾獎網站/《蘋果》記者

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