夕阳西下，一盏盏发光二极体（light-emitting diode, LED）路灯渐渐亮起；下班后在拥挤的公交车厢里，人们玩着手上的智能手机；繁华的街道上，五光十色的LED招牌炫丽地闪烁着。
这些场景对我们来说，也许再平凡不过，但你可曾想过，在1990年以前，LED仅用作指示灯。由于1993年一项革命性的发明，使LED领域跨入新的时代，不久后，白光LED也随之问世。
蓝光LED的诞生
LED最早起源于1961年，美国德州仪器公司发展以磷化铟镓材料合成的 LED，其放光波长范围为近红外线。1962年，奇异公司发展的红色发光二极体，因其转化效率差且发光波长远离可见光范围，因此未被广泛应用，仅用作指示灯。1991年，美国HP公司与日本东芝公司研发的绿色发光二极体，因缺少蓝光 LED，无法利用三色原理组合成白光照明光源。
直到1993年，日本的中村修二成功开发出具高亮度的蓝光发光二极体。相较于传统的日光灯与炽灯泡，LED 不仅体积小、环保、省电，寿命更是长达10万小时，且因其低耗电的特性，对于电力缺乏的发展中国家，无疑是一大福音，现今环保意识与节能观念逐渐提升，发光二极体已跃升为 21 世纪照明与显示器的新光源。
革命性的照明装置
为了将LED运用于照明装置，可使用红、绿与蓝三种颜色的 LED 组成白光。这虽然可以解决过去无法产生白光的问题，但此装置也有许多缺点，不仅成本过高，而且三种 LED 的寿命不同，如果其一损坏，就必须淘汰此装置。因此，世界各国的科学家也积极寻找解决方法，而此问题的答案为——荧光粉。
作为发光二极体基础材料的无机粉体被称为荧光粉，此材料具有高光能转换效率与高色彩饱和度，合成与加工步骤简易，主要可分为主体晶格与活化剂两个部分，主体晶格为荧光粉体的主要晶体结构，并提供活化剂的配位环境，其将影响活化剂放光特性。
活化剂则为掺杂在主体之离子，为主要发光中心，通常为稀土元素。而最著名的荧光粉莫过于 1996 年日亚化学揭示的铈掺杂钇铝石榴石（简称 YAG），此荧光粉可被蓝光 LED 激发（波长为 460 纳米）。而 YAG 所放出的黄光，经适当调控荧光粉添加量，可得到由蓝光LED 晶片所放出的蓝光，加上 YAG 黄色荧光粉所放出的黄光，即可形成白光。此装置不仅成本低，更可避免使用三种不同颜色 LED 所面临的各自寿命不同的问题。
LED的未来会怎么发展？
据统计，若台湾 1/4 的白炽灯泡与传统日光灯替换为白光 LED，则每年可省下约 110 亿千瓦时的电力，相当于核电厂一年的发电量，因此，作为日后照明的主要光源，如何提升 LED 亮度与降低成本势必成为一大课题。
现代手机、平板电脑与大型 LED 电视的普及，也使LED更普遍地用于背光面板。因为蓝光LED的发明，使得今日的世界可以运用电脑控制，使LED发出数百万种颜色的光，因此，大到路上随处可见的大型LED展示板、红绿灯，小到荧幕的背光系统，都有LED的身影。
另外， 现代常利用电脑控制LED放光的强度与颜色来模拟日照，来进行温室植栽，因此我们常可以在同一时间看到不同季节的花卉。
撰文／方牧怀 刘如熹
本文节选自《知识就是力量》杂志
