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促成二次照明革命的「藍光LED」!

5/5/2021

 
LED在今日生活似乎已經不可取代,
但其實LED正式普及是在藍光LED發明後,
而這所謂的藍光到底藏著什麼玄妙呢?
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Photo credit:freepik

​發光二極體(Light-emitting diode,縮寫為LED) 為一種能發光的半導體電子元件。LED的基本架構有晶粒、封裝體、金線、支架。最重要的部分就是晶粒,因為利用不同材料所製成的LED,可以發出不同波長的光,也就是不同顏色的光。當通電的時候,電子跟電洞會在晶粒重合,產生反應而放出能量(光)。
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Photo credit:freepik

​2014年日本人天野浩與赤崎勇、中村修二因「發明高效能又環保的藍色發光二極體,帶來了節能明亮的白色光源」共同榮獲諾貝爾物理學獎。這三人利用氮化鎵(Gallium Nitride,GaN)結晶,取代之前使用的碳化矽(SiC)、摻入鎂(Mg)的氮化鎵,使得發光效率大幅度提高。
 
藍光LED的發明,使得人類能發出三原色光的LED,得以用LED湊出足夠亮的白光。而發白光的LED燈的發明,大幅提高人類的照明效率。而此發明的誕生,有人也譽稱繼愛迪生的燈泡發明後「第二次的照明革命」!
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Photo credit:geralt via pixabay CC0

​那麼在LED的發展歷史上,藍色LED的出現為何這麼重要呢?
原因有三:
1.光的三原色為紅、綠、藍,因此將三原色光的LED集全,對於人類來說有重大的時代意義。
2.由光譜來看,藍光為能量最高的一種光,要製造出一個穩定、環保又安全的藍光,可想而知難度極高。
3.通過製造出藍光,可以減少使用紅、綠光LED。因為當藍光LED電子電洞重合放出能量時,其實不一定只會放出藍光,也是有可能放出能量較低的紅光或綠光。於是科學家就透過調整材料比例,這樣在一顆白光LED中就可以少用一顆單色LED啦!
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Photo credit:iko via flickr by NC-ND-2.0

​另外LED燈相較於傳統燈泡更有兩項優勢,那就是「省電」以及「環保」!傳統的省電燈泡或白熾燈泡因為要使燈芯發熱才能發光,所以需要極大的電能。但是LED只需少量的電能就能使材料中的電子電洞重合,進而發光。其次,在傳統燈泡中需添加汞(Hg)以增加其效率,汞蒸氣若大量吸入可能會導致呼吸系統受損,所以回收時需要特別注意。想當然爾,LED燈是不用添加汞的,故在環保上更勝一籌。
 
至今LED的應用層面又有哪些呢?
首先,顯而易見的是各式照明!從取代省電燈泡,改用LED燈泡,街道上的路燈紛紛改用LED燈。另外,現在智慧型手機廠商標榜的OLED螢幕、AMOLED螢幕也都是LED的應用。
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Photo credit:JESHOOTS-com via pixabay CC0

​搭乘捷運時所看到的標示牌也是LED燈的傑作,路上道路指示牌以LED燈加強夜間辨識等等。在生活上的應用可謂數也數不清!
 
 
 
By LED不小心看成TED的Al小編
 
 
 
延伸閱讀:
DIY最夢幻的「微光星球」小夜燈
輝黃的夜景將緩緩走入歷史
燈泡貢獻者 - 歐文‧朗繆爾
 
 
參考資料:
https://scitechvista.nat.gov.tw/c/s2Zj.htm
https://www.scientificamerican.com/article/today-compact-fluorescents/
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