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非典型的發明之路:中村修二與他的藍光二極體

「這個社會很容易被別人看不起,然而,就我的經驗而言,這才是發明具有獨創性的神奇產品的第一步。因此,千萬不要畏懼跳脫常識。」——中村修二《我的思考,我的光》

2017 年 2 月 8 日,藍光二極體的發明者中村修二教授來到了台灣中研院,除了獲頒名譽院士證章,也擔任當天講座講者,以親身經驗為眾多的聽眾帶來藍光二極體的發展史,並預測人類下一階段照明科技的發展趨勢。

這場演講中,中村展現出了一種比較像是實業家的氣質,而非科學家。自己談到對 1999 年時選擇前往美國加州大學聖塔芭芭拉分校的感想,他表示:「美國和台灣很像,大家都想自己開公司,相較之下日本很無聊。」圖/中央研究院提供

非學院派研究者的成功之路

做為一位諾貝爾獎得主,中村修二的故事可說是非常的「有趣」。並非學界出身的他,沒有國家級的資金贊助,而是在電子公司中以較低的成本致力研發新型態的 LED 照明——當時仍處於難產階段的藍光 LED 。

「我一個人要做所有事,」中村笑著說:「 1980 年的時候日本發明界還不相信藍光 LED 的出現。」

所有的二極體中,最早開始發展、應用的是紅光,發生在 1970 年左右。而當時藍光不只沒有處於發展階段,而是根本還沒起步。不同於當時研究藍光二極體的眾多研究團隊,選擇以硒化鋅(ZnSe)作為研究材料,中村選擇用氮化鎵(GaN, Gallium nitride)。大家選擇硒化鋅是因為它品質較好,但理所當然造價高昂;而沒沒無聞的氮化鎵因為較硒化鋅劣質,所以要產出完美的產品相當困難,相對的幾乎沒有什麼人研究它。中村就是利用著個機會,從公司中的實驗室開始,自行研發儀器,開始了把氮化鎵做成合格晶體的路程。

在短短的 1990~2000 年之間,藍光二極體就橫空出世,而且不只是被發明出來,還到達可以商業化的階段,這麼一個可以調控成白光、節能,還能更進一步用在溫室中的光源,讓許多先進國家趨之若鶩。

藍光二極體。如果把 LED 的發展分階段,第一階段以藍寶石、碳化硅的異質磊晶為光源,第二階段則以氮化鎵上的同質磊晶為光源,而現在即將踏入第三階段,也就是雷射光元件(Laser Lighting)時代。圖/Gussisaurio, CC BY-SA 3.0, wikimedia commons.

藍光科技對世界的影響,比你想像更多

那麼在藍光二極體出現之後,我們的照明技術又會有什麼變化?

藍光二極體產生的光,可以調控得很接近日光,在演講中,中村教授不只一次強調:日光才是最好的光源,因為日光所能提供的不只是可見光,還有紫外線和紅外線,這是現在LED照明無法做到的。除此之外藍光二極體的光應用彈性也很大,可以用在越來越小的投影機上,也更適合製作成駕駛的汽車頭燈……等,還有一些你沒想過的日常應用,例如可以發光的衣服。

不過其實不只是照明層面,而是整個通訊科技都可能會改變。

在未來,光線將不只是照明工具,資料讀取、傳輸也是光的技術延伸。例如 Wi-fi 網路能夠藉由雷射光元件的發展再更進一步,變成光照上網技術(Li-Fi),傳輸量比 Wi-Fi 更大的 Li-Fi ,在一些網路架設不易的地方(例如中國)會是一個令人期待的解決方案。

包括在演講後的訪問,中村教授對於藍光二極體的未來發展都是非常的正面。

中村修二先生從中研院長廖俊智先生手中接過名譽院士的證書。圖/中央研究院提供

對於中村教授來說,發明藍光二極體並獲得諾貝爾獎的過程既獨一無二、又非常辛苦,是一段不可多的寶貴經驗。總結他過去所得到的心得,中村教授對許多年輕、正在尋找道路的科學家、發明青年提出很棒的建議:

「如果你做跟其他 1000 個人一樣的事,你不會有突破;作為一個年輕人,除了經驗之外,最重要的是做一些別人不敢做的「賭博」,才能有突破。」

  • 中村教授錄製給年輕學子的一段影片(大家可以努力多聽幾遍)(影片/中央研究院提供)

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關於作者

泛科學的實習編輯,目前就讀台大生物環境系統工程系,勉強說專長是啥大概是水汙染領域,但這或多或少已經不重要了。除了環境外,也對太空科學和科普教育有很大的興趣。在吊車尾的物理數學影響下,多次在思考自己到底喜歡什麼,最後回到了原點:我喜歡科學,喜歡科學帶給人們的驚喜和歡樂。