除了激光照明，“藍(lán)光之父”最近在忙什么？

　　因改造有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積(MOCVD)機(jī)臺(tái)為雙流式，創(chuàng)造了高效率藍(lán)色發(fā)光二極體，改變了照明及輕薄顯示器的未來，而被贊譽(yù)為“藍(lán)光之父”的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主中村修二博士，于2017年2月份前往臺(tái)灣中央研究院演講，以“The Invention of High Efficient Blue LEDs and Future Solid State Lighting”為題，小書僮得知后立刻訂了一張火星出發(fā)的太空船票前往臺(tái)灣聆聽藍(lán)光教父的風(fēng)采。

　　演說中，中村教授表示持續(xù)在研究如何制造更高演色性及更高外部量子效率(EQE)的發(fā)光二極體，提高演色性，可以提升照明應(yīng)用或是顯示器的顏色表現(xiàn);而更高的外部量子效率，可以提升器件的發(fā)光效率。當(dāng)然意料之中的，中村教授也談了一些有關(guān)激光照明的優(yōu)勢(shì)，這個(gè)我們后面再提。

　　先回顧一下藍(lán)光的歷史，時(shí)間來到1980年代，當(dāng)時(shí)對(duì)于藍(lán)光器件有兩種材料選擇，一種是ZnSe;另一種就是GaN，從Cross section TEM可以觀察到在ZnSe做成長(zhǎng)時(shí)有好的品質(zhì)，因?yàn)樵贕aN/Sapphire可以看到有一條一條黑色的線就是在半導(dǎo)體器件中常談?wù)摰娜毕?，他是影響器件效率很大的兇手之一。?989年代時(shí)，ZnSe on GaAs substrate具有高品質(zhì)的結(jié)晶特性，同時(shí)有超過99%的研究者從事相關(guān)的研究工作，中村教授偏偏選擇了少于1%的人關(guān)注的GaN on Sapphire substrates，當(dāng)時(shí)許多人都說GaN沒有未來，紛紛改投ZnSe的懷抱，中村的選擇可說是“背道而馳”。

　　遙想小書僮念書當(dāng)年，曾經(jīng)帶著實(shí)驗(yàn)室的孩子做實(shí)驗(yàn)，其中一個(gè)課題就是研究利用MOCVD成長(zhǎng)出來的ZnSe QW及ZnSe QD半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)物理特性，真心不騙，大伙兒在做PL實(shí)驗(yàn)時(shí)，對(duì)光路還要刻意不將光對(duì)入到偵測(cè)器當(dāng)中，避免偵測(cè)器超過可接收的強(qiáng)度，這是多么奢侈的包袱啊!由此可知為何ZnSe能吸引主流的目光。

　　至于之后中村修二如何離經(jīng)叛道，用GaN逆轉(zhuǎn)勝，就是大家耳熟能詳?shù)墓适铝恕?/p>

　　演講的內(nèi)容也談到許多人擔(dān)心的藍(lán)害，雖然小書僮會(huì)說這只是“一個(gè)人能接受多少量”的簡(jiǎn)單問題，但中村修二這次沒有忽視主流的聲音，在加利福尼亞大學(xué)圣塔芭芭拉分校的團(tuán)隊(duì)從事開發(fā)Blue-free的LED，用來解決藍(lán)害的問題，演講中中村表示主要是將主發(fā)光層移到UV的區(qū)段，一般LED是成長(zhǎng)在藍(lán)寶石基板(有些公司研發(fā)的技術(shù)是利用SiC基板與Si基板)，然而為了減少晶格不匹配而產(chǎn)生的應(yīng)力效應(yīng)會(huì)造成內(nèi)部量子效率或外部量子效率的下降，中村的研發(fā)團(tuán)隊(duì)則專心研究使用GaN基板，用以提升晶格匹配程度，其結(jié)晶品質(zhì)相較于Sapphire或SiC基板都要來得高。

　　而中村修二成立公司Soraa， 亦往UV-LED的方向走，為了做到這一點(diǎn)，他們將GaN LED的發(fā)光峰值設(shè)計(jì)在在410nm～420nm之間的紫光，并搭配多磷光體混合物，使整個(gè)白光光譜覆蓋至700nm，這表示整個(gè)白光的頻譜將涵蓋人眼可視波長(zhǎng)范圍(一般來說，人眼可是范圍約為400nm～700nm)，從紫光(400nm)到深紅色(700nm)連續(xù)且完整，這樣的好處是，使用者可以看到較為真實(shí)的白色。

　　在演講中，中村教授也提到，用LED當(dāng)作白光是很棒的，但是若用激光則是更棒的一個(gè)想法，因?yàn)楝F(xiàn)行的LED結(jié)構(gòu)若要發(fā)光60W的白幟燈，用現(xiàn)行的LED排列需要約28mm^2的面積，而目前他們研究的產(chǎn)品激光產(chǎn)品若要發(fā)光60W的白幟燈則需要大約0.3mm^2的面積，面積是大幅的縮小。

　　同時(shí)若使用激光器件后在增加電流密度后，外部量子效率竟然不會(huì)下降太多啊!這是多么厲害的一件事啊(這邊推薦大家去閱讀世界第一簡(jiǎn)單的半導(dǎo)體原理 老葉科普堂(五))，因?yàn)閺陌雽?dǎo)體器件物理可以知道LED或LD在增加電流密度后，雖然會(huì)越來越亮，但是會(huì)造成發(fā)光峰值紅移及外部量子效率下降，這是因?yàn)槭艿骄Ц裾鹗幍臒嵝?yīng)而造成的下降，因此在平板顯示或是照明的用途會(huì)更多元。

　　演講中，無線光通訊技術(shù)“Li-Fi”也是中村修二看重的技術(shù)，Li-Fi是使用發(fā)光二極體器件或激光器件作為資料傳輸?shù)膩碓?。因此想像一件事，燈具就是通訊的基地臺(tái)，將訊號(hào)投射到各處和橋接訊號(hào)，讓電腦、家電、手機(jī)等上網(wǎng)。中村修二也提及若使用發(fā)光二極體器件的Li-Fi，將會(huì)比Wi-Fi傳輸資料快上10倍以上，而激光器件的Li-Fi更快。不過小書僮就想到了，如果下班關(guān)燈，那就沒有網(wǎng)路啦!所以時(shí)間到就不能辦公。

　　在演講結(jié)束后中村教授提及，在平板顯示科技應(yīng)用上，LED跟OLED還是可以保持競(jìng)爭(zhēng)的，并特別提及u-LED是可能的技術(shù)方向，至于u-LED的未來，小書僮就交接給囧史諾了。