打開你的手機,放到顯微鏡下,會看到什么?
一堆紅、綠、藍色的像素點。
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正是這三種顏色,拼出了整個世界。
可如果其中少了藍點,會怎樣?
了無生趣!
事實上,我們的光影世界,差一點真成了這樣。
大家好我是火箭叔,因為藍色LED,整整比紅色和綠色遲到了30年!
今天我們繼續(xù)拆解100個改變世界的瞬間——藍色LED。
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人類點亮世界的故事,得從愛迪生的白熾燈開始。
那盞燈照亮了整個20世紀,但也把能量都燒成了熱。
白熾燈的效率太低——90%的電,全被浪費。
后來,人們又造出了熒光燈,雖然省電,卻有汞、有閃爍、還不禁折騰。
于是科學家們開始思考:有沒有一種燈,既省電,又干凈?
答案,是一種奇特的半導體發(fā)光器件——LED。
LED的原理看似簡單:電流通過兩種不同類型的半導體材料,電子和空穴在交界處復合時,會釋放出能量——以光的形式。
改變材料,就能改變光的顏色。
聽起來輕松,但實現(xiàn)可不容易。
1960年代,德州儀器的兩位工程師在研究激光二極管時,無意中造出了世界上第一顆LED。
但那時候,它發(fā)出的光是——紅外線。人眼根本看不見。
后來科學家們慢慢造出了紅光、黃光、綠光的LED,可是藍光——一直卡關。
沒有藍,就做不出白光;沒有白光,就談不上照亮世界。
藍色,是LED時代最后一塊缺失的拼圖。
可它為什么它這么難?
因為藍光的能量太高,要讓半導體在這個頻率下發(fā)光,就得使用一種特別“倔”的材料——氮化鎵(GaN)。
誒,我打賭你今天已經(jīng)很熟悉它了,但在當時,沒人能在實驗室里把它穩(wěn)定地“長出來”。
幾十年間,科學家們幾乎全軍覆沒。
美國的RCA做出過暗淡的藍光,卻不夠亮也不夠便宜;貝爾實驗室、松下都試過,最終都放棄了。
到了1980年代,藍光LED已經(jīng)成了學界的“死胡同”。這個世界,需要一個英雄!
而他,真的來了......來自日本一間小公司——日亞化學(Nichia),主打熒光粉。
他們有位名叫中村修二的工程師,背景平平。
既不是名校教授,也沒有大團隊。
甚至,實驗室窮到連設備都要自己修。
他在一次采訪里說:“幾乎每個月,實驗室都要炸一次。”
可正是這種“野路子”的經(jīng)歷,讓他比誰都懂怎么折騰材料。
當全世界都放棄氮化鎵時,中村偏偏選了它。
原因也很特別——他想寫博士論文。
研究一個冷門方向,更容易發(fā)論文。
于是,他勸說公司撥款,買下設備;然后靠自己手工改造。
1989年,他改進了氮化鎵的生長方式——用“兩流MOCVD法”,讓氣體原料在進入反應室前分流,避免互相干擾,從而讓晶體長得又厚又純。
這一步,等于給氮化鎵蓋了個穩(wěn)固的“培養(yǎng)箱”。再加上名古屋大學赤崎勇和天野浩團隊解決了“摻雜層”的問題,藍光終于被逼了出來。
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1993年,中村修二造出了世界上第一顆高亮度藍色LED。
比以前所有藍光亮一百倍,而且成本夠低,可以量產(chǎn)。
這束光,遲到了30年,卻讓世界徹底改變。
自此,三原色齊全,白光登場,整個世界的屏幕、照明、顯示,都被重新定義。
當然,還不止于此:1990年代中后期,藍光技術進一步延伸——藍色激光誕生了。有了它,CD變成了DVD,DVD又變成了藍光光盤。同樣的原理,還應用在投影儀、光通信、醫(yī)療成像……
那一束藍色,不僅照亮了夜晚,也照亮了數(shù)據(jù)的未來。
2014年,諾貝爾物理學獎頒給了三位日本科學家——赤崎勇、天野浩、中村修二,以表彰他們發(fā)明了“高效藍色發(fā)光二極管,使明亮、節(jié)能的白光照明成為可能”。那一年,諾獎委員會在頒獎詞里寫道:
“白熾燈點亮了20世紀,LED將點亮21世紀。”
而這一切的起點,不過是幾克,在高溫里被“馴服”的藍色晶體。
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