中村修二：LED的现状和固态照明的未来

2014年诺贝尔物理学奖得主中村修二

　　新浪财经讯 “第二十届高交会-中国高新技术论坛”于2018年11月14日-16日在深圳举行，本次论坛的主题为“坚持新发展理念、推动高质量发展”，2014年诺贝尔物理学奖得主中村修二出席“科技引领美好生活”主题论坛并演讲。

　　现在LED应用非常广泛，我们在很多领域都在用LED。但是现在有一种新的LED技术，叫做分子数外延技术，也就是MBE（分子束外延）和其他物质结合起来，这样可以获得非常高质量的有缘区，然后用反向装置操作降低隧道距离，将电子隧道当中的电子夹带传入到导带当中，此时，EQE（外量子效率）会达到顶峰78%，而WBE会达到72%，达到最好的效果。

　　以下为演讲实录：

　　中村修二：我们知道照明是一个非常热门的话题，在现在的发展当中，我们也是有很多的技术升级，比如今天我要跟大家分享的是新的信息，比如LED微型发光二极管，垂直枪面发射器。我们知道激光照明是非常重要的，蓝光LED其实不足以应对未来的生活需要，我们认为激光照明在未来非常关键，首先我们看第一方面的问题。

　　（隧道节）LED，这个概念是一个比较新的概念，因为现在我们在很多领域都在用LED，现在LED应用是非常广泛的，所以我们会看到一种新的技术，叫做分子数外延技术，也就是MBE和其他物质结合起来，这样可以获得非常高质量的有缘区。在这里我们是用反向装置操作降低隧道的距离，在这个过程当中我们也是将电子隧道当中的电子夹带传入到导带当中，所以最后是这样的结果，也就是说EQE会达到顶峰78%，而WBE会达到72%，所以我们就是利用了这种JNN隧道节的比赛效率超过70%的氮化物倒装芯片，达到最好的效果。

　　不管大小如何，我们都能够很好用到高密度光源，接着看V型LED，2018年拉斯维加斯举行了一场大型消费电子展览会，在上面我们看到了很多显示屏，有蓝光，有绿光，在那里有很多芯片展示，我们将夜景显示器和有机LED光源效果进行了对比，所以左边我们有一种有效的光源，效率非常低，仅有5%的光得到输出，右边是有机了LED显示器，有10%的光输出，但是在这个过程中是没有效率的光源出现。

　　我们做一个对比，其实这些都是很不一样的，最右边是现在讨论了V型LED效果，达到了40%，此外我们也做了一个实验，通过一种镜相的扩散化可以有效结合P型氮化架，这样也是甬道了隧道节，这是另外一个比较，我们在隧道节里面使用了一种叫做PAAKLED设备，这也有非常大的效率，通过图表可以看出来，通过技术以后亮度更好一些。

　　我们讲的是V型二极管，因为存在高租长和面积比，侧线在LED当中是有不同输出，也就是侧壁的电流对注入有很深的影响。我们针对缺陷进行了一定的化学处理，就可以产生一个均匀的光的发射。如果在化学发光二极管当中没有电流拥挤的话，此处的发光都会出现均匀分布。

　　现在我们也希望能够进行更多的推广，现在如果不对技术进行改造，照明是非常差的，这是另外一种改进，具在有ALD的LED上面进行一定的改造，如果不改造会有电流泄露，这样能耗就非常低，我们进行改造以后EQE，也就是外部的量子效率就会更高。同时我们使用了一些非常小的芯片，这些芯片就可以使漏电比例大大降低，这样外部量效率就会高很多，如果芯片没有得到改良的话，甚至发光率是非常低的。

　　接下来我要跟大家介绍的是垂直枪面发射激光器的应用，这是非常重要的。事实上很多公司用的是C型便面，但我们用的是M截面，此外光的方向也是非常重要的，所以在实验当中我们也会对光源方向进行对比，左边是VCSEL应用，右边是边缘发射层信号的结果，所以你会看到右手边的发射层，光源方向照射是不一样的，左边是从左边看到的效果，右边是从上面看到的横截面，所以有异高频调制的无枪面，它可以和增强现实，虚拟现实进行很好的组合，这样在接近蓝色的BSEL上也有特色，去年iPhone10火了传感技术，使用的红外不可见光，因为考虑到整个光速本身的光谱要比整个红外小很多，如果使用蓝激光的话，解析度有可能会做的更好，也许在未来会使用蓝激光代替LED红外，所以对整个面部识别在未来也有很好的应用之地。

　　此外，在这个领域当中我们会再次强调使用半极画面，现在要做蓝绿两色的基于氮化镓的VCSEL挑战还有很大。这里是相应的孔径，可以设置方向，这是一个随机化过程，如果在极化或者半极化的时候要找到专门的方向，这对应用层面非常重要，尤其是VR和AI方面必须要实现极化方向很好的控制，同样，2015年在M层使用整个隧道节的枪内接触，我们使用IPOP型层，同样损失非常高，有30厘米的值，同样使用ITO是应细化物层，也会使用分布布拉格发射层，隧道节相较于传统的可以减少10倍损失。

　　技术也在不断发展，可以看到其他重要指数，包括枪数，同样在这里看到是40纳米长蓝光，了解到ILV特性，脉冲是做半导体测试，这是410纳米，现在紫光表现也非常好，我们会进入蓝、绿方面。

　　这是巴巴拉分校的结果，峰值数会不断提高，半导体方面激光照明是一个非常重要的，我们使用高功率，半极化发射率是结合荧光体，下面是正常的电流密度，包括蓝宝石衬底，包括蓝光条，将近零的密度EQE外部效率目前有一个非常高的效率，我们能够做一些比较小的，非常微型的照明设备，因此激光照明会成为未来重要的方向，因为任何设计大家都希望做到很好的光速。

　　LED是高功率，芯片大小也办得越来越大，我们要使用Micro芯片控制整个照明，所以我们也能够看到要做很多平衡工作，同样这两年非常火的是激光投影，激光电视，就是蓝色的高功率，绿色的来自荧光体。现在还有另外一个非常重要的应用，就是汽车大灯应用，以前LED可以实现3万米，激光大灯可以实现很好的动态照明，矩阵式的聚光大灯，原来是非常小的，它们能够使用微机电系统，能够实现很好的激光投射，所有的这些都变成了点光源照明，动态照明。我们也能够做出不同图像像电视一样停出来，停车来的时候也能把灯光方向移开，因为微机电大小非常好，相较于传统的照明而言它是一个优势，另外一方面我们也能够看到蓝色激光在焊接切割雷达方面，我们对比了光束尺寸，蓝光尺寸非常小，过去是红外的到DVD用红等，它是中等大小，但进入到蓝光它真的非常小，因为整个光速的大小，所以它有很大的优势，所以对于蓝光，包括雷达现在可以用在很多方面，精度非常好，切割，焊接，功率密度很高，基于蓝光的激光切割可以做很多现场工作，甚至科幻电影里面也有，但现在工业里面已经得到实用，现在还会使用红光，但未来蓝光越来越多，激光枪真的是非常有意思的话题，大家也会越来越倾向于使用蓝光，蓝光做激光切割方面是一个很好的选择，现在的汽车当中激光雷达是很重要的传感部分，现在有的使用红外，解析度不是很高，如果以后使用蓝光，芯片大小也变得更小，解析度更高清，未来大家都会走上蓝光之路。

　　所谓的光保真技术，光照上网技术，现在智能手机都是连接WIFI，LI-FI的频谱还是非常小，首先传输速度快很多，它有非常高的光谱，而且没有电磁方面的EMI干扰，WIFI时代是4G，数据传输差不多0.1GB，5G时代能够达到每秒10个GB，但激光LI-FI现在的速度已经达到了每秒8个GB，不久的未来有望达到每秒100个GB，在这样的领域当中，图像视频都是通过物联网IOT技术，如果未来可以实现LI-FI，可能速度比5G更快，如果让人工智能包括物联网结合激光LI-FI技术，这样很好的组合会有很好的效果，我们会以非常短的时间完成视频的下载，而且有非常好的调制能力，首先从激光的角度，调制的传递能力要比传统的WIFI强很多，因此，在这里也是举一个例子，在LI-FI里面对比了蓝光LED+荧光+蓝光LED+荧光粉之间的对比，我们希望能够实现最好的调制速度，能够实现真正的LI-FI。

　　以上是我的介绍，谢谢大家聆听。

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责任编辑：谢长杉