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输在起跑线上的“蓝光之父” 断言:激光照明将取代LED照明

发布日期:2016-12-29    【字号:  
  OFweek半导体照明网讯 提起中村修二这个名字,大多数中国人可能还是比较陌生的,但是提及如今遍布生活方方面面的LED蓝光灯,大家肯定不会陌生。这位被誉为“蓝光之父”的日裔美籍科学家,在2014年获得诺贝尔物理学奖,现为美国加州大学圣塔芭芭拉分校工程学院材料系教授,近日应中国科学技术大学、合肥科学家企业家讲坛、三通信息科技(合肥)有限公司、安徽灯饰照明商会等单位邀请来肥参加2016中国LED行业峰会,记者有幸专访了这位充满传奇色彩的诺贝尔奖获得者。
 
  小企业里走出的“蓝光之父”
  出生于日本伊方町普通家庭,25岁毕业于并非名校的日本德岛大学,就职于穷乡僻壤的小企业,并研发出蓝光LED。 45岁“裸辞”,从日本“技术工人”变为美国大学教授和科研领军人物。50岁因专利诉讼案起诉老东家获得8.4亿日元补偿,最终在60岁时获得诺贝尔物理学奖,拥有亿万资产。他的研究成果改变了21世纪的照明,造福了全世界——一见到中村修二,当记者将这位诺贝尔奖获得者的经历用简单的话语进行概括求证时,中村修二博士却对他取得的成就不以为然。
  “我从德岛大学毕业后就进入了日亚化学工业公司担任技术员,工作之初接到一个研发红色发光二极管的任务。不过当时的日亚化学只是一家名不见经传的小企业,此前并没有在这个项目上有过任何成就。不过好在当时在一些国家已经有了这方面的研究,于是我就自己一点一点地搜集这方面的资料,自己研究自己动手做,一个项目磨了十年,红光LED研究完成后,在这些工作的铺垫下,终于在1993年研究出蓝色发光二极管。”
  简单的语言中,中村修二将这一造福人类的巨大发明“轻描淡写”,但其实研究过程背后的波折与坚守最为重要。中村修二在刚开始研究蓝光二级管的时候使用的是movcd装置,这种价值2亿日元(约合1200万元人民币)的装置给他和公司都带来了不小的压力。但是用这种装置做了几个月的实验,却始终没有做出被誉为“第三代半导体材料”氮化镓的结晶体。而且,因为氮化镓熔点高,缺乏匹配衬底(相当于造房子时候的地基),晶体生长十分困难,所以当时国际上的大多数研究人员都放弃了对氮化镓的研究,转战硒化锌,业界普遍认为选择氮化镓无异于一场赌博。
  “有一段时间,我也很是灰心丧气,产生了从公司辞职的想法,但心中总有不甘,不想就这么放弃,因为在10年的红光LED研发过程里,实验室里几乎的所有仪器装置都是我亲手搭建的。于是,我思考着,能否在彻底放弃前,利用现有仪器对MOVCD进行改造呢?或许进行改造之后,能够得出满意的结果呢。”
  坚定了这个想法后,中村修二上午改造装置,下午做试验,一年半的时间里几乎没有休息一天,终于将原有的MOVCD装置改造成双气流MOVCD。艰辛的付出自然得到满意的回报。在废寝忘食的工作中,有一天,中村修二在实验中得到了自己孜孜以求的氮化镓结晶体颗粒,而且非常完美。“于我来说,这真的是一个非常大的自信心的提升,原来我可以通过这种方式得到自己想要的结果。”从此以后,这台双气流MOVCD产出的每一项试验结果竟然都是世界首创,最终中村修二在一系列科研基础上研制出了蓝光LED。
  蓝光LED照亮21世纪
  在近期合肥召开的2016中国LED行业峰会上,国内国际最新的LED行业发展动态和成果,逐一地向社会各界展示。越来越多的LED产品正在悄无声息地改变影响着我们普通民众的生活,诚如诺贝尔奖委员会在颁发给中村修二的颁奖词中写道:“白炽灯照亮20世纪,而LED灯将照亮21世纪。”
  简单地说,人类第一代照明是各种自然火光,第二代照明是包括普通钨丝灯泡、卤素灯等在内的各种白炽灯,第三代照明是通过各类型气体或弧光放电的照明灯光,如日光灯、荧光管节能灯、氙气灯等,第四代照明是固态光源,也就是各种LED灯。但是从1962年世界上第一个可见光谱范围的LED被发明以来,科学家都只研发出红光和绿光LED技术,而蓝光LED的技术难度要大得多,它在长达数十年的时间里都让科学界和工业界备感困扰。“如果缺少蓝光LED,我们就无法利用三原色原理合成白色照明光源。”中村修二向读者普及了这项科研成果的最基础常识。
的确,随意留心身边,我们就能发现越来越多的LED产品。路边的路灯、户外的灯箱、家里的吊灯、便携的台灯,越来越多的LED灯逐步取代白炽灯、荧光灯,相机、手机、超薄电视的屏幕等也都用的是LED产品,就连一些汽车大灯的照明也开始用上了LED。
  “多数LED的能耗可以低至普通灯泡的不到1/20,但耐久度分别是荧光灯和白炽灯的10倍和100倍,且照明效果更加稳定,元件使用寿命也大大延长。由于全世界有1/4的电力被用于照明用途,这种更加节能高效的灯具在全球压缩二氧化碳排放的大背景下将具有愈发重要的意义。LED灯还将帮助全球超过15亿人告别没有照明的时代,LED灯更低的能耗将让采用当地太阳能小型电站电力实现照明成为可能。”中村修二对于LED产业带来的革命性变化显得信心十足,这也正是2014年诺贝尔物理学奖在全球变暖的背景下颁发给他的重要意义——这项只有“20岁”的“年轻”发明之所以获奖,是因为这种用全新方式创造的白色光源已经“让我们所有人受益”。
  “随着中国快速发展,环境污染问题日益严重,中国也可以在能源利用方面进行合理调整以缓解环境污染。比如大规模快速地引入LED照明,节省能源,减轻环境污染,这应该是未来的一个大方向。”中村修二提出了自己的建议。
  未来十年,激光照明将取代LED照明
  尽管凭借着蓝光LED技术发明者的身份在全球享有盛誉,但中村修二仍然没有停止探索的脚步。他曾多次在国际学术研讨会上表示,“使用蓝光LED的白光LED技术早晚会消失”。此次来肥,他也围绕着LED产业的诸多新趋势进行了阐释,紫光LED、Micro LED(LED微缩化和矩阵化技术)、激光照明、LiFi(光无线通信)等一批新技术都被一一提及。
  “青少年,尤其是12-13岁的青少年,应当少看液晶屏幕,那样会影响视力,同时家中应当尽量减少使用LED,否则孩子会因为受到太多蓝光照射,对成长产生问题。”中村修二表示,现在大规模使用的蓝光LED确实对眼睛有一定伤害。“一般来说,正规厂家的合格产品,不会存在蓝光过量的隐患。但部分不规范厂商在生产时并不注意控制蓝光的强度,造成蓝光过量,就会影响视网膜,对眼睛造成蓝光辐射损害,应避免用眼睛直视光源,并且要注意使用时间,每隔20-30分钟闭目休息一会儿。”
  目前,中村修二正在对蓝光LED进行改善,通过研发对人体完全无害的紫色光LED,构建第五代照明模式。“我在美国的公司SORRA2010年已经把紫光LED产品化了,不久的将来中国也将会有紫光LED,这种紫光LED不仅可以照明,还可以对水体进行净化循环。”
  除了紫光LED,中村修二表示,就他所研究的领域来看,10年后,激光照明很可能会代替现在的LED照明。“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,不仅能增加投射距离、提高安全性,同时体积更小、结构更紧凑,并能应用到多个广泛层面当中去。但由于激光照明目前价格太高,导致应用率不高,相信未来将会是一个大趋势。”
  此外,中村修二还介绍了LED在其他多领域的前沿应用,也让人大开眼界,诸如Micro LED(LED微缩化和矩阵化技术)、LiFi(光无线通信)等。“电视液晶显示屏上正在尝试运用的Mirco LED技术,在成熟后能将转换效率提升至50%甚至更高。”中村修二乐观地预估,如果这一技术应用到智能手机上,电池将获得超过现在5倍的电量。而LED未来应用到光无线通信传输系统中,我们只要回家把LED灯打开,手机就能马上获得无线网络信号,而且可以进行图片、音乐和视频的高速传输,这种LiFi(光无线通信)技术已经在阿联酋迪拜实现了,未来也能解决中国国内因为人口众多,导致WIFI信号体系超负荷运行,速度较慢的现实难题。
  Ph.D学位激励走上蓝光研发道路
  与其他诸多获得诺贝尔奖的科学家相比,中村修二的成长之路,简直是“输在起跑线上”的典型代表。
  他出生在渔民家庭,中学也不出众,在高中阶段的梦想是考上一所好大学,但他的考试成绩总是很一般,大学更是在日本排不上号的偏远地方大学——德岛大学。大学毕业后,他也想进入名企,比如索尼松下东芝,但恰巧他的孩子在这时出生了,举家前往大城市慢慢找工作经济上承受不了,于是在拿到硕士学位后直接选择在岛上一家民办乡镇企业——日亚化学上班,先养家糊口再说。他的背后没有团队服务,更没有强有力的支持,10年时间研发出来的红光LED竞争不过大公司,产品完全没有销路,在日亚很不受待见。
  可就是这样一个在很多高材生看来“输在人生起跑线上”的工程师,却是凭着自己一股不服输的“气”,实现了震惊世界的完美逆袭:不仅获得了博士学位,被邀成了美国大学一流大学的教授,入选美国工程院院士,竟然还获得了诺贝尔奖!
  “因为我最大的优点就是乐观,从不会产生绝望的情绪。”中村修二回答。
  那为什么又要去研发蓝光LED?面对记者的提问,回顾起自己当时的初心和一路走来的艰辛历程,中村修二的回答却很简单:“就是要拿Ph.D学位!”
  所谓Ph.D指的是哲学博士,是指拥有人对其知识范畴的理论、内容及发展等都具有相当的认识,能独立进行研究,并在该范畴内对学术界有所建树,对专业知识的认识达到了哲学的高度。因此,哲学博士基本上可以授予任何学科的博士毕业生。
  中村修二向记者介绍了发生在他身上的一件改变一生命运的往事。1988年前后中村修二去美国大学访问交流一年期间,别人问他:你有Ph.D学位吗?没有,因为他所毕业的学校根本没有博士学位授予权。他才意识到,没有Ph.D学位,你什么都不是,做一名职员、做一名技师还可以,但是要做一名科学工作者显然得不到认可。必须尽快拿到Ph.D!可是他当时所在的德岛大学,根本不具备博士学位授予权利。要想拿到博士学位只有一个渠道,就是发表5篇学术论文才可以被授予博士学位。
  于是,回到日本的中村修二只有一个目标:发表5篇学术论文获得博士学位!他遍寻当时能够涉极的领域,只有电子工程学专家天野浩和他导师所坚守的氮化镓研发方向上竞争对手少,有一定机会。就这样他开始了一年半的攻关。同样是改造设备,中村修二并没有受到理论的限制,按照最不常规的套路改造,在自己的一番艰苦努力之后,竟然独辟蹊径地实现了完美突破!而当他终于如愿以偿在日本国内发表论文的时候,会场里只有不到10个人,其中还包括天野浩师徒。虽然是极其冷僻的研究方向,可是,中村修二就这样成功了。
人生时刻都是“起跑线”
  “以日本为例,日本的人口在不断减少,每个大学的入学人数都不够,所以想上大学并不难,但大多数学生还是削尖脑袋往名牌大学钻,学生和学生家长都被媒体或是一种氛围洗脑,觉得只有上了名牌大学才是踏上了英才之路。”尽管也曾从本科、硕士一直成长到博士,但中村修二对于如今的应试教育模式有着不同的看法,更为强调教育的自主性。而作为一名物理学家,他则是完全基于对物理学的深刻理解,依靠自学成才的,因为他就读的德岛大学甚至没有物理系。
  一直以来,中村修二曾就日本的专利制度和教育体系的弊端发表过颇为严厉的批评,引起业界关注。此次来肥,中村修二也围绕着自己的亲身经历,谈起了对教育对成长的一些看法。
  “从教育的原点来说,教育就是要把一无所知的孩子,教导成能够在社会上自食其力的人,一个能够自我生存下去的人。但是现在亚洲许多国家,包括中国、日本、韩国等等,都把教育原点变成了进好的大学,在中国就是清华北大,在日本就是东大名古屋,其实这是不对的。学校在教什么,学校的老师想教孩子什么,这才是重要的事情。在欧美的教育中,社会需要你有什么技能,学校就教给你什么技能,比如教会你要知道怎样去赚钱。而亚洲大学大多认为教孩子去赚钱不是一件好事情,但是一个不会赚钱的孩子走上社会怎样生存呢?欧美的学校从小教会孩子去做PPT,去表达自己的观点,从小就去教孩子的创业精神,甚至从小学二年级就去接触股票交易。而反观亚洲,这样的教育方式却很少见到,没有在一个教育的过程中引导学生去发现自己突破自己,去开创自己的事业。”
  “我也注意到有人把我比作‘输在起跑线上’的人。何为起跑线?人生的任何一个时刻都可以是‘起跑线’,所谓‘朝闻道,夕死可矣!’”中村修二用自己的亲身经历,阐释着这一东方哲理。虽然他输在了很多起跑线上,可是当他找到自己的兴奋点开始全力加速起跑的时候,时间、地点和周围的环境都没能阻挡他的脚步!

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