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【日本人與諾貝爾獎】發明藍色發光二極體,爲人類帶來白色照明——中村修二

2020年06月02日 科學家訪談

出自小城市的世紀大發明

中村修二是一位優秀的企業研究人員,從地方大學畢業後,就職於當地的中小企業,儘管經常與公司的上司爭吵,但仍然堅持致力於自己感興趣的研究,最終發明了全球無人能做到的藍色發光二極體量產技術,並獲得了諾貝爾獎。

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中村 修二(照片:Wikipedia)

中村於1954年5月22日出生在愛媛縣四濱村(現爲瀨戶町),一路從當地的高中和當地的德島大學工學部研究生院畢業後,進入了當地的日亞化學工業公司。進公司後被分配到開發課,開始研究開發半導體相關產品。

當時日亞化學工業是一家生產日光燈和電視映像管使用的螢光材料的中小企業,擁有員工200人左右。在那裏,中村開始研究當時無人能做到的藍色發光二極體量產技術。

爲LED的實用化開闢道路

在光的三原色「紅、綠、藍」中,紅色和綠色兩種顏色的發光二極體(LED)已經實施。但只有藍色發光二極體始終未能實施,全球的研究人員爭相展開了研究。

如果能實施藍色,組合這三種顏色就可以實施色彩豐富的屏幕,還可以製作出期盼已久的白色照明。還可以在牆壁上投影巨大的影像。LED不發熱,因此不會浪費能源,而且經久耐用。

除此之外,還有一點也令人備受期待。那就是LED有望取代室内所有的照明器具。在此之前,室内照明一直使用日光燈和白熾燈泡,有了藍色LED,就能製作出白色LED,將照明更換成白色LED的話,輝度更高、壽命更長、價格也更便宜。

也就是說,LED是直接將電轉換成光的半導體,因此消耗的能源少,比較節能。而且由於不發熱,也不會傷害材料,壽命屬於半永久性的,是理想的熱源。

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現在的家庭常用的LED燈泡(攝影:客觀日本編輯部)

中村經常參加學會,瞭解全球的最新研究動向。中小企業的研究人員之所以能做到這一點,是因爲公司創始人小川信雄會長看好中村,提供了大量研究經費,讓他自由發揮。

然而,中村遲遲沒有取得成果。他還前往美國佛羅里達大學留學1年,進行了更高級的研究。回國後繼續操作拼命研究藍色發光二極體,爲節約研究經費,他總是自己組裝設備等。

研究與世界主流不同的課題

要想在全球競爭中勝出,必須獨樹一幟,做別人沒做過的研究。因此,中村雖然會閱讀其他研究人員發表的論文,但不會作爲參考。在研究中,他只相信自己的實驗結果,只相信自己的直覺。他對手工製作的實驗裝置反復進行改良,每天不斷試錯。

因爲忙於實驗,中村從不出席公司内部的會議,也不接電話術。雖然被公司命令「中止研究」,但他完全無視,眼中只有實驗。

全球圍繞藍色發光二極體的主流研究爲採用硒化鋅材料的研究。世界各地的大學和大企業的研究人員都是如此。公司也要求中村按照這個主題進行研究,但中村沒有聽從命令。

當時中村正在研究使用氮化鎵的方法,這種方法被認爲無法開發出藍色發光二極體,已經被全球的研究人員放棄。中村覺得,即使與全球的競爭對手做相同的事情,勝算也比較小。

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如今的生活中隨處可見LED(照片: 客觀日本編輯部)

彼時,日亞化學工業的銷售額持續走低,在與大企業的競爭中陷入了苦戰,中村遭到了公司研究人員的冷眼相待。

1993年,中村終於發明出備受期待的藍色發光二極體。成果發佈後,在全球引起強烈反響,中村受邀參加了一系列的國際學會。期待已久的藍色發光二極體的量產也成爲可能,爲LED的全面實用化開闢了道路。

中村隨後推進的半導體雷射的開發也取得成功,他開始收到海外的大學和企業的邀請,最後從公司辭職,成爲大學的研究人員。被在材料工程領域擁有世界一流成就的美國加利福尼亞大學聖塔芭芭拉分校聘爲教授。

據說中國的交通燈全部採用LED,於2000年初先於日本引進了LED信號燈。

向公司索取合理的發明報酬

中村強烈認爲,日本的研究人員沒有從公司獲得與成就相符的公正報酬。因此,他從公司辭職後,於2001年將老東家日亞化學工業告上法庭,要求其給付200億日元的報酬等補償金。東京地方法院一審判決日亞化學工業向中村全額給付200億日元,在日本引起了轟動。

日亞不服該判決,向東京高等法院提出上訴,二審僅判決日亞給付8億多日元。

不過,在日本社會,企業研究人員的發明得不到應有的報酬已經成爲社會問題。

中村認爲:「日本的教育不注重培養個人的能力和才能。應該廢除現在這種只考知識的大學入學考試。大學教育也是錯誤的。必須實施培養學生真正才能的教育階層,否認日本無法在世界上勝出」。

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晴空塔的燈光,全部使用松下的LED燈。疫情期間特別點亮了象徵地球顏色的藍色燈光,希望全世界團結一致共同抗擊肆虐全球的新型冠狀病毒傳染症。(照片:客觀日本編輯部)

日文: 馬場錬成(科學記者)
編輯翻譯:JST客觀日本編輯部