蓝色发光二极管

时间:2024-07-24 10:12:40编辑:分享君

为什么发明蓝色LED就能拿诺贝尔物理学奖?这个技术涉及了什么高深的理论吗?

1、2014年诺贝尔物理学奖联合授予日本科学家的赤崎勇,天野浩以及美国加州大学圣巴巴拉分校的美籍日裔科学家中村修二,以表彰他们在发明一种新型高效节能光源方面的贡献,即蓝色发光二极管(LED),为能源节省开拓了新空间。2、红光和绿光二极管已经伴随我们半个世纪了,但蓝光才是真正带来革命性变化的技术。只有这三原色的灯光才能形成白光,照亮我们的世界。这三位学者在学术研究和工业界的持续努力,解决了这个过去30多年来一直存在的难题。3、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。4、在蓝光LED的帮助下,白光可以以新的方式被创造出来。使用LED灯,我们可以拥有更持久和更高效的灯光代替原来的光源。这一获奖项目传递的信息:诺贝尔物理学奖近年来似乎日益青睐那些可以给人类生活带来巨大改变的应用性研究。

为什么蓝光LED这么重要,能够获得诺贝尔物理学奖

白炽灯照亮了20世纪,而LED灯将照亮21世纪。这3名科学家上世纪90年代早期通过半导体导出蓝色光束,却为照明领域的发展带来了根本性的转变。“蓝光LED真正体现了诺贝尔奖评委的标准:对人类社会的深远改变,改变认识世界的理论,或改变生活的实际应用才是获奖的关键因素。”欧普照明CTO齐晓明向记者谈到。这是一项伟大的成就,这不仅是好的科学更是有用的科学,它极大地改变了节能省电的方式。而近些年的某些获诺贝尔奖的发明可能需要好些年才能将科学更好的应用于实际。诺贝尔奖最初分设物理(Physics)、化学(Chemistry)、生理学或医学(Physiology or Medicine)、文学(Literature)、和平(Peace)等五个奖项,于1901年首次颁发。

2014年10月7日,诺贝尔官方网站宣布,日裔科学家赤崎勇、天野浩和中村修二因发明“高亮度蓝色发光二极管

A、开普勒关于行星运动的描述为万有引力的发现奠定了基础,故A正确;B、库仑发现了真空中点电荷相互作用的规律,卡文迪许用扭秤实验测出了万有引力常量的值,故B错误;C、牛顿发现了万有引力定律,卡文迪许在实验室里测出了引力常量,故C错误;D、伽利略通过理想实验研究自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动,故D错误;故选:A.


蓝色发光二极管 与其他 LED 相比有何特别

蓝色发光二极管是氮化镓二极管,发光二极管由含镓(Ga)、砷(As)、磷(P)、氮(N)等的化合物制成的二极管,当电子与空穴复合时能辐射出可见光,因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯,或者组成文字或数字显示。砷化镓二极管发红光,磷化镓二极管发绿光,碳化硅二极管发黄光,氮化镓二极管发蓝光。
它是半导体二极管的一种,可以把电能转化成光能。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN组成,也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后,从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子,在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合,产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同,释放出的能量越多,则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。
所以,发光不同,所加的化学元素不同,色彩也不同。


蓝色发光二极管 与其他 LED 相比有何特别

没有很特别的地方,都是发光二极管。
众所周知红、蓝、绿是三原色,红色、绿色发光二极管早在上世纪中叶已经问世,但要把发光二极管用于照明,必须发明蓝色发光二极管,因为有了红、绿、蓝三原色后,才能产生照亮世界的白色光源。
但之前,因为无法在材料和器件制造工艺等一系列的技术问题上取得突破,没有办法生产出蓝光二极管。后来,赤崎勇和弟子天野浩在名古屋大学合作进行了蓝光LED的基础性研发,经过反复实验,他们成功制成了氮化镓结晶,并于1989年在全球首次实现了蓝色LED。
1993年,在日本日亚化学工业公司(Nichia)当技术员的中村修二经过几百次的实验,在短短四年时间克服了两个重大材料制备工艺难题(一个是高质量氮化镓薄膜的生长,另一个是氮化镓空穴导电的调控),独立研发出了大量生产氮化镓晶体的技术,并成功制成了高亮度蓝色LED。
  不久之后,人们在蓝光LED的基础上加入黄色荧光粉,就得到了白色光LED,利用这种荧光粉技术可以制造出任何颜色光的LED(如紫色光和粉红色光)。蓝光和白光LED的出现拓宽了LED的应用领域,使全彩色LED显示、LED照明等应用成为可能。
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蓝色发光二极管的光源特点

最早应用半导体P-N结发光原理制成的LED光源问世于20世纪60年代初。当时所用的材料是GaAsP,发红光(λp=650nm),在驱动电流为20毫安时,光通量只有千分之几个流明,相应的发光效率约0.1流明/瓦。70年代中期,引入元素In和N,使LED产生绿光(λp=555nm),黄光(λp=590nm)和橙光(λp=610nm),光效也提高到1流明/瓦。到了80年代初,出现了GaAlAs的LED光源,使得红色LED的光效达到10流明/瓦。90年代初,发红光、黄光的GaAlInP和发绿、蓝光的GaInN两种新材料的开发成功,使LED的光效得到大幅度的提高。在2000年,前者做成的LED在红、橙区(λp=615nm)的光效达到100流明/瓦,而后者制成的LED在绿色区域(λp=530nm)的光效可以达到50流明/瓦。单色光LED的应用最初LED用作仪器仪表的指示光源,后来各种光色的LED在交通信号灯和大面积显示屏中得到了广泛应用,产生了很好的经济效益和社会效益。以12英寸的红色交通信号灯为例,在美国本来是采用长寿命,低光效的140瓦白炽灯作为光源,它产生2000流明的白光。经红色滤光片后,光损失90%,只剩下200流明的红光。而在新设计的灯中,Lumileds公司采用了18个红色LED光源,包括电路损失在内,共耗电14瓦,即可产生同样的光效。汽车信号灯也是LED光源应用的重要领域。1987年,我国开始在汽车上安装高位刹车灯,由于LED响应速度快(纳秒级),可以及早让尾随车辆的司机知道行驶状况,减少汽车追尾事故的发生。另外,LED灯在室外红、绿、蓝全彩显示屏,匙扣式微型电筒等领域都得到了应用。

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