蓝光LED

蓝光LED是能发出蓝光的发光二极管（LED），其发明获誉为“爱迪生之后的第二次照明革命”^[1]。蓝光LED的发明，使人类凑齐能发出三原色光的LED，得以用LED凑出足够亮的白光，大幅提高照明效率^[2]。2014年，天野浩与赤崎勇、中村修二因“发明高亮度蓝色发光二极管，带来了节能明亮的白色光源”共同获得诺贝尔物理学奖^[3]。

三种LED灯。左下角的为蓝色LED

发现历程

一些蓝色LED灯

1971年，雅克·彭哥芬（Jacques Pankove）和艾德·米勒（Ed Miller）两人论证了用掺锌的氮化镓制造出蓝光LED的可能性——尽管随后他们造出的第一个用氮化镓制成的LED是发绿光的。1972年，斯坦福大学的赫伯·马洛斯卡（Herb Maruska）与威利·怀恩斯（Wally Rhines），以及该校的材料科学与工程学博士研究生们研发出了第一种能发出蓝紫光的LED，这种LED的材料为掺镁的氮化镓^[4][5]。1974年，美国专利局将上述成果的专利权授予了Maruska，Rhines和斯坦福大学教授大卫·史蒂文森（专利号：US3819974 A （页面存档备份，存于互联网档案馆））。直到今天，掺镁的氮化镓都仍然是所有商用蓝光LED和激光二极管的基础材料。但是，用 掺镁的 氮化镓制造出的蓝光二极管发出的光太弱，不足以投入实际使用。而且，随后关于氮化镓元件的研究也迟迟未能获得突破。1989年8月，Cree公司推出的第一款商用蓝光LED使用的材料就不是氮化镓，而是一种间接带隙半导体碳化硅。这种蓝光LED效率极低，甚至不能达到0.03%^[6]。

1980年代初，已是年过五旬的赤崎勇带着学生天野浩重启了有关氮化镓的研究。1986年，他们成功制出了以前被认为不可能制造出的氮化镓晶体。1989年，他们发现将电流通入晶体的话，后者的发光可以得到增强。随后，日亚化学工业的员工中村修二注意到了赤崎勇师徒的研究成果。他顺着师徒的研究方向，最终在1993年制出了高亮度的蓝光LED。^[7]。2014年，蓝光LED的发明人中村修二与天野浩与赤崎勇获得了该年度的诺贝尔物理学奖^[3]。

原理

1980年代后期的两项突破为蓝光LED的发明奠定了基础——一项是氮化镓外延技术的发展，另一项是P型半导体的掺入^[8]。蓝光LED包含数种不同的氮化镓层，中村修二在其中掺入了铟和铝，使其照明效率大幅提高^[9]。

意义及争议

蓝光LED的发明，使人类得以用LED凑出足够亮的白光，而白光LED的效率显著高于白炽灯。白光LED促成了各种LED显示屏的发明，也促进了照明效率的提高，后者使得人类降低碳排放、对抗气候变迁成为可能^{[1][10][11][9]}。

但是，也有人担心蓝光LED发出的蓝光可能对人眼造成危害，因为蓝光可能导致黄斑变性^[12]。

专利问题

蓝光LED的发明人中村修二的专利权曾一度被日亚化学工业剥夺，而他得到的奖金仅有2万日元，无奈的中村修二只得把日亚化学告上法庭。最终，法院裁决日亚化学应赔偿中村修二200亿日元。这一结果曾一度震惊日本社会，但是日亚化学却不服判决，提出上诉。在数年的拉锯战后，法院最终裁定日亚化学赔偿中村修二8.4亿日元。中村修二最终也只得接受这一判决结果^[13]。