陕西省科学技术协会科普宣传专栏 “我的思考，我的光” ——走近诺贝尔奖获得者中村修二

　  张梅

　　5月2日晚，2014年诺贝尔物理学奖得主、美国加州大学圣塔芭芭拉分校工程学院材料系教授中村修二走进西北大学“诺奖论坛”，为来自西北大学、西安邮电大学、西安工程大学及西北大学附中的600余名师生作了“The Invention of High Efficient Blue LED and Future Solid State Lighting（高效蓝色发光二极管的发明和固态照明的未来）”的专题学术报告，并讲述了他的科研成长之路。西北大学校长郭立宏向中村修二颁发“西北大学荣誉教授”证书和蓝田玉印章。

　　报告中，中村修二首先介绍了蓝光LED的发明对高效照明、显示等应用领域产生的重大影响，引发了人类的照明革命，并与大家分享了他发明高效氮化镓蓝光LED的过程以及攻克的关键技术难题。

　　他介绍，红色和绿色二极管已经存在了很长时间，但要产生白光，却需要红、蓝、绿三原色同时起作用，原来的二极管因为发光能量太低，所以只能发出红光和绿光，而蓝光意味着需要发出更高能量的光。上世纪80年代末，中村提出了制备氮化镓高效蓝光发光二极管的设想，他发明了新型“Two-flow MOCVD”技术，即一种用于生长高质量氮化镓的新型金属有机物化学气相沉积法，并通过多达500余次的试验，终于在普通蓝宝石基片上获得高电子迁移率的氮化镓薄膜。此外，他发现通过控制工艺中的氢气浓度并结合高温退火工艺就可以实现高质量P型氮化镓。在克服了“高质量氮化镓薄膜的生长”“氮化镓空穴导电的调控”两个重大材料制备工艺难题后，中村修二发明了高亮度的蓝色LED。

　　随后，中村修二介绍了他的最新科研进展。他讲道，LED的性能提高总会遇到极限，一个代表性的瓶颈就是会产生“光效下降现象”，这是指提高电流密度后，发光效率下降的现象，这是物理性质导致的问题，所以解决起来非常困难。而他正致力于研究的新型半导体激光器及其激光照明技术中，蓝光和白光半导体激光器没有产生光效下降的现象，理论工作效率可以接近100%。该研究成果将有望对高效照明、显示等领域产生重大变革。

　　当天上午，中村修二还与西北大学物理学院教师进行了学科发展座谈，听取了西北大学物理学院5位师生代表所做的科研报告。中村教授对LED光源促进植物根部生长、太赫兹波的应用以及光电传感器研究及其在工业上的应用等方面表现出了较高的兴趣，并详细询问了相关的研究情况。他建议学院进一步开展蓝光在光纤传感方面应用、激光显示和有机光源等方面的探索研究。

　　西北大学自115周年校庆起开设“诺奖论坛”。依托该论坛，学校每年将邀请若干诺贝尔奖、菲尔兹奖获得者来校开展学术交流。论坛的开设，有助于学校开阔研究视野，启迪学科发展，掌握前沿趋势。同时，系列活动对于拓展学校对外交流合作的深度与广度、加快学校国际化办学进程、推进学校“双一流”建设具有重要意义。2018年，5位诺奖得主将先后来到西北大学，开展高层次、高水平的学术活动。

　 背景知识

　 中村修二与诺贝尔奖 　　中村修二1954年出生于日本伊方町，他1993年在日本日亚化学工业株式会社就职期间基于GaN开发了高亮度蓝色LED，从而广为人知。当时，开发一种蓝色LED被认为是不可能的，此前的20年间只有红色和绿色LED。中村修二因发明“高效蓝色发光二极管”获得2014年诺贝尔物理学奖。中村修二被誉为21世纪的爱迪生，获得了一系列荣誉。

　　蓝光LED的出现使得人类可以用全新的方式创造白光。这是继爱迪生照明之后的一次照明革命，人类将因此而大大受益。有人也许会问，LED7色俱全，为何是蓝色而非其他光色的LED研究者获得诺贝尔物理学奖？人眼最习惯的光是太阳光，在比较其他照明光源时通常都以太阳光为参照对象，这也是测量光源显色指数的原理。从光谱图上可以看出不同时段太阳光在可见范围内基本是黑体辐射的连续谱，和此光谱越接近，人眼对颜色的感觉就越自然。因此，所有的光源，要想成为照明光源，都要过人眼这一关。单一LED的发光波长很窄，单色的光源在多数场合并不适用。因此，要实现白光照明必须要有红、绿、蓝三基色。所以，虽然LED发明很早，但是由于缺少蓝色色光，成为整个LED照明显示产业的瓶颈。之前手机屏幕的背光都是单色的绿光也正是这一原因。

　　蓝光LED的发明，补足了光谱上最后一块缺口，让基于LED的白光照明和全彩色显示成为可能，为之后出现的所有LED照明灯，LED背光液晶显示器，LED全色显示点阵铺平了道路。是蓝光LED让LED从红绿色的小指示灯和数码管显示走向真正意义上的通用光源，成为“anew light source”，这正是蓝色LED研究获此殊荣的原因。

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