蓝光LED之父中村修二预测固态照明四大方向

2019-07-22

7月11-12日,由南昌临空经济区管委会承办、深圳市照明与显示工程行业协会策划执行的首届世界半导体照明产业发展论坛举行,这次论坛,最受瞩目的莫过于2014年诺贝尔物理奖获得者、日裔美籍电子工程学家中村修二。他因发明高效蓝色发光二极管,被称为“蓝光之父”,并被誉为“21世纪的爱迪生”。



在7月12日论坛上,中村修二做了主题为“蓝光LED的发明和固态照明的未来”的精彩演讲。演讲中,他分享了自己研发高效蓝色LED的技术历程,并预测了固态照明技术的关键发展趋势。


发明蓝光LED,非常容易?


演讲中,中村修二首先讲述了自己的学习和工作经历及开发蓝色LED的过程。



上世纪六十年代,只有亮度较低的红光LED,当时的科学家都想要能够发明出蓝色、绿色LED,但是没有人成功。中村修二从1979年从日本德岛大学毕业后,就加入了日亚化工德岛分公司,在该公司的头十年,他一直在开发传统的LED,那时传统LED技术已经成熟。那个时候的日本,像索尼、东芝等大公司,3-5年就投入1亿资金进行研发,但中村修二所在的公司小,研究经费几乎为零。在这样的困难之下,中村修二依然想开发蓝光LED。



十年之后也就是大概1988年,中村修二直接找到公司的创始人,当面问,“能不能做蓝光LED的研究?”在征得当时公司创始人的同意后,中村修二从1988年到1989年到了佛罗里达大学作为访问学者,一年之后回到日本,他就开始研究蓝光LED,只用了三年的时间,他就发明了高效蓝光LED。谈到因此获得诺贝尔奖,他笑称,只有三年,非常容易。但实际上,在头十年,中村修二为开发蓝光LED做了一系列准备,当时没有任何资金,所有设备都是他们自己制作的。


“从红光到蓝光LED,这个过程是非常相似的,所以,在头十年通过复制其他的LED产品,但是这个复制的LED产品销量非常不好。”中村修二总结道,“正是由于有了这些经验,我才能获得诺贝尔物理奖,没有人能够制造出这个蓝光LED,但是我发明出来了。这个可以作为你们研究的灵感。”

谈及南昌大学副校长江风益教授开发出高效能硅基黄光LED,他很是赞赏,表示:“拿到样品后,我们也测试过,测量了它的光效等,它有非常大的价值。我们非常经验,在LED领域,对于中国来说,这是非常大的发明。”


固态照明的未来看好四大领域


随后,中村修二重点讲述了固态照明的未来。在他看来,现在的热门微型和小型LED,效率很高,也很节能,但还存在一些问题;LED农业照明也是一大热门,LiFi也是未来的发展方向,还有激光照明的市场也在不断增长。



一是微型和小型LED。“现在LED可以应用在各种场合,如通用照明、室内照明、道路照明、汽车照明、农业照明和显示领域。而且LED的效率是荧光灯的4倍,白炽灯的20倍。当然,现在最热门的话题,是微型和小型的LED显示器。”演讲中,中村修二指出,比起LCD和OLED显示,微型LED有很好的表现力,用在电视显示屏上,之后也可以用在微型电视上,它的效率非常高,也很节能,同样它的明亮度也是不一样的。

“但是这种微型LED还是有一些问题,蓝光和绿光LED是需要非常小的芯片,但是红光LED就不一样,现在有一个非常大的问题。”他直言,300-600 dpi(每英寸点数)、超过20微米的微型LED是传统显示屏的理想选择;每英寸点数在1000以上、小于10微米的微型LED有望应用于VR/AR领域。像智能手机、智能手表上AR、VR技术,需要的芯片非常小,大概1微米。蓝光和绿光LED是非常亮的,红光LED是非常暗的,所以,现在还没有人能够制造出LED应用在AR和VR上。

二是LED农业照明。“当前,蓝光和红光LED用在农业上,也是非常大的热点,备受创投业者吹捧。在中国,土地面积是有限的,未来的农业中,用摩天大楼来做农业大棚,比较便捷,可以将种植的农产品叠加起来。”谈及LED农业照明,中村修二非常看好,他认为,在植物工厂中植物的生产成本是很低的,同时植物在LED照明下,能生长得非常快,能量使用率低,又能回收利用,这是非常热门的行业,具有非常大的潜力。使用LED农业照明,增长率提高了2.5倍,植物的产量从50%到90%;用水与外界相比仅为1%。

“对于植物和人类来说,太阳光是最好的。但现在有一个问题,现在很多人大部分时间是在大楼里工作的,很多时间是在室内,室内光和太阳光毕竟是有差异的。如果在室内,LED能够模仿太阳光的话,增长就非常自然。

三是激光照明。“基于LED的白光非常好,基于激光的更好!”中村修二强调了激光照明的市场,虽然他发明了LED,但却又勇敢断言,十年后,激光照明很可能会代替现在的LED照明。在他看来,激光照明的效率是LED的上千倍,一个激光灯能够照亮100平方米的面积,能应用到多个领域。但由于激光照明目前价格太高,导致应用率不高,未来,可能会是一个大趋势。

他指出,激光照明将会有非常多的应用领域,比如手机和汽车上使用的激光扫描,还有激光焊接。



根据他的报告,激光照明市场将不断增长,在这一领域苹果最近投资3.9亿美元。当然激光照明尚存的问题是:今天的激光照明只能发射红光或红外光。对于这一问题,他也提出了自己的解决方案:基于氮化镓的激光照明。

四是LiFi的应用。在报告的最后,他还提到了LiFi,即光照上网技术。他认为,LiFi具有宽范围频谱(数百太赫兹)、快速数据传输、无电磁干扰(EMI)、高安全性、成本效益等特点。Li-fi通信网络具有传感器、报警系统,比wifi容量更大。Li-Fi可见光通信(LED或激光二极管)数据速率最高可达到支持1000GB/秒(当前可实现10GB/秒),当前4G网络数据速率为0.1GB/秒,5G网络为10GB/秒。

光照上网技术(LiFi)是未来LED发展的方向,不过他也表示,要克服技术限制与普及化,仍需要时间。所以现阶段LIFI并未有落地项目和成果,但都在研究实验阶段中有一定成果。

转载自:每日LED


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