• 高光度下效率較低，在一般照明用途上仍比螢光燈耗電，有些 LED 燈甚至比

照明，在現代已經是十分常見及實用的發明。每個夜裡都有明亮的電燈照亮 著。人類早時候也是日出而作，日落而息；到了發明出燈泡，才漸漸改變了人類 的作息時間。

以下就由燈泡的起源，探討到閃亮的明日之星－發光二極體。

電燈泡電燈泡

電燈泡電燈泡或稱電球電球電球電球：其準確技術名稱為白熾燈白熾燈白熾燈 白熾燈 原理原理

原理原理：：：透過通電，利用電阻把幼細絲線（現代通常為鎢絲）加熱至白熾，用來發： 光的燈。電燈泡外圍由玻璃製造，把燈絲保持在真空，或低壓的惰性氣體之下，

作用是防止燈絲在高溫之下氧化。

歷史歷史

歷史歷史：：：：一般認為電燈是由美國人湯馬士·愛迪生所發明。但倘若認真的考據，另 一美國人亨利·戈培爾（Heinrich Göbel）比愛迪生早數十年已發明了相同原理和 物料，而且可靠的電燈泡，而在愛迪生之前很多其他人亦對電燈的發明作出了不 少貢獻。

1801 年，英國化學家戴維將鉑絲通電發光。1810 年發明了電燭電燭電燭電燭

1854 年亨利·戈培爾使用一根炭化的竹絲，放在真空的玻璃瓶下通電發光。

1850 年，英國人約瑟夫·威爾森·斯旺（Joseph Wilson Swan）開始研究電燈。1878 年，他以真空下用碳絲通電的燈泡得到英國的專利

1874 年，加拿大的兩名電氣技師申請了一項電燈專利。他們在玻璃泡之下充入 氮氣，以通電的碳桿發光。1875 年把專利賣給愛迪生。

愛迪生的最大發現是使用鎢代替碳作為燈絲。

效能效能 效能效能：：：：

大部分白熾燈將消耗能量中的 90%轉化成無用的熱能，只少於 10%的能量會成 為光。相比之下，螢光燈（Fluorescent lamp，亦稱光管）的效率高很多，接近 40%

鹵素燈泡體積細小，運作時溫度非常高。應用時需要特別防護，防止引起火災 2000 年代起，則以發光二極體（LED）及高強度氣體放電燈（High Intensity Discharge，HID）照明開始發展流行。

資料來源：http://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB%E7%87%88%E6%B3%A1

21 世紀的到來，也是發光二極體發光發熱的時代，漸漸取代傳統燈具。

日常生活中常見的發光二極體，今天就讓我們探討發展起源：

發光二極體 發光二極體 發光二極體

發光二極體 （英文：Light-Emitting Diode，簡稱 LED）^[1]是一種半導體元件。

早期應用早期應用

早期應用早期應用：：：指示燈、顯示板等；隨著白光發光二極體： 白光發光二極體白光發光二極體的出現，也被用作照明。 白光發光二極體 (可謂白光發光二極體的出現問世是改變照明歷史重要的里程碑。)

優點優點

優點優點：：：：效率高、壽命長、且不易破損 工作電壓

工作電壓 工作電壓

工作電壓：：：：正向電壓(順向電壓)時，發光二極體能發出單色、不連續的光，這是

電致發光效應的一種。改變所採用的半導體材料的化學組成成分，可使發光二極 體發出在近紫外線、可見光或紅外線的光。

歷史淺談歷史淺談 歷史淺談歷史淺談：：： ：

1955 年，美國無線電公司（Radio Corporation of America）的魯賓·布朗石泰（Rubin Braunstein）首次發現了砷化鎵（GaAs）及其他半導體合金的紅外放射作用。

1962 年，通用電氣公司的尼克·何倫亞克（Nick Holonyak Jr.）開發出第一種實際 應用的可見光發光二極體，造福人群。

比較傳統燈具和發光二極體 比較傳統燈具和發光二極體 比較傳統燈具和發光二極體 比較傳統燈具和發光二極體：：： ：

• 在低光度下能量轉換效率高（電能轉換成光能的效率） -即較省電，非常適 合在低光度（如手提電話的背光）需求中使用。當光度提高到非極小範圍照 明用途時（如檯頭燈），LED 的效率雖然比鎢絲燈泡高，但仍比螢光燈（俗 稱光管或日光燈管）差^[2]。

• 反應（開關）時間快 - 可以達到很高的閃爍頻率。

• 使用壽命長 - 在適當的散熱和應用環境下可達 35,000 ~ 50,000 小時，相對螢 光燈為 10,000 ~ 15,000 小時，白熾燈為 1,000 ~ 2,000 小時。

• 耐震盪等機械衝擊 - 由於是固態元件，沒有燈絲，相對螢光燈、白熾燈等能 承受更大震盪。

• 體積小 - 其本身體積可以造得非常細小（小於 2mm）。

• 便於聚焦 - 因發光體積細小，而易於以透鏡等方式達致所需集散程度，藉改 變其封裝外形，其發光角度由大角度散射至細角度聚焦都可以達成。

• 單色性強 - 由於是單一能級光出的光子，波長比較單一（相對大部份人工光 源而言），能在不加濾光器下提供多種單純的顏色。

• 色域略較廣闊 - 白色 LED 覆蓋色域較其他白色光源廣。^[3]

• 冷光束 - LED 光束本身不包含紅外線或者紫外線，對注重保護被照對象的場 合，如博物館展品的照明應用最適合。

缺點 缺點 缺點 缺點：：：：

• 高光度下效率較低，在一般照明用途上仍比螢光燈耗電，有些 LED 燈甚至比

• 散熱：受高溫影響：LED 在高溫下能量轉換效率會急速下降，變得浪費電力

• LED 光度由電流控制，光度調節略為複雜。

• 起始成本較高。

• 因 LED 為光源點細小與分佈較集中，作照明用途時光源過於集中、刺眼，須

原理 原理 原理 原理：：：：

發光二極體是一種特殊的二極體。和普通的二極體一樣，發光二極體由半導體晶 片組成，這些半導體材料會預先透過注入或攙雜攙雜攙雜攙雜等工藝以產生 p、n 架構。與其 它二極體一樣，發光二極體中電流可以輕易地從 pppp 極極極極（（（（陽極陽極陽極陽極））））流向流向流向流向 nnnn 極極極極（（（（負極負極負極負極）））），

而相反方向則不能。兩種不同的載流子：空穴和電子在不同的電極電壓作用下從 電極流向 p、n 架構。當空穴(電洞)和電子相遇而產生複合，電子會跌落到較低的 能階，同時以光子的模式釋放出能量。

它所發出的光的波長（決定顏色），是由組成 p、n 架構的半導體物料的禁帶能 量決定

發展初期，採用砷化鎵（GaAs）的發光二極體只能發出紅外線或紅光。隨著材 料科學的進步，各種顏色的發光二極體，現今皆可製造。

藍光與白光發光二極體 藍光與白光發光二極體 藍光與白光發光二極體 藍光與白光發光二極體：：： ：

自 LED 問世後，相隔多年仍未能製造出能產生藍光的 LED，由於藍色是三原色 之一，當時其他 LED 所產生的光的波長都較藍光長，因此未能以其他已有的 LED 間接製造出藍光來，缺少了藍光 LED 也導致不能製造出白光 LED。

所以藍光 LED 的問世也就是白光問世最重要的一步

1993 年，當時在日本日亞化學工業（Nichia Corporation）工作的中村修二（Shuji Nakamura）發明了基於寬禁帶半導體材料氮化鎵（GaN）和銦氮化鎵（InGaN）

的具有商業應用價值的藍光 LED，這類 LED 在 1990 年代後期得到廣泛應用。

白光 LED：

白光 LED 是通過發出三源色的單色光（藍、綠、紅）或以螢光劑把 LED 發出的 單色光轉化，使整體光譜含為含有三源色的光譜，刺激人眼感光細胞，使人有看 見白光的感覺。

有了藍光 LED 之後，結合原有的紅光 LED 和綠光 LED 便可做出白光 LED，這樣 產生的白光 LED 有較廣的色域，而且效率較其他方法高，不過成本相當高。近 年生產技術的改進下，越來越多產品採用這方法。

現在普及的白光 LED 都採用單一發光單元發出波長較短波長較短波長較短波長較短的光，如藍或紫外光藍或紫外光藍或紫外光藍或紫外光，

再用磷光劑把部份或全部光轉化成一頻譜含有綠、紅光等波長較長的光。這種光 波波長轉化作用稱為螢光， 原理是短波長的光子（藍、紫、紫外光）被螢光物 質（如磷光劑）中的電子吸收後，電子被激發（跳）至較高能量、不穩定的激發 狀態，之後電子在返回原位時，一部份能量散失成熱能，一部份以光子形式放出，

由於放出的光子能量比之前的小，所以波長較長。由於轉化過程中有部份能量化 成熱能，造成能量損耗能量損耗能量損耗能量損耗，因此這類白 光 LED 的效率較低效率較低效率較低效率較低。

較於此能量高效率低的白光 LED，另有一日亞化工開發並從 1996 年開始生產的 白光 LED 採用藍光 LED 作發光單元，波長 450 nm 至 470 nm，磷光劑通常是摻 雜了鈰的釔-鋁-鎵（Ce³⁺:YAG）

另一種白光 LED 的發光原理跟螢光燈是一樣的。發光單元是紫外光 LED，外面 包著兩種磷光劑混合物，一種是發紅光和藍光的銪，另一種磷光劑是發綠光的銅 和鋁摻雜了硫化鋅。內裡的紫外光 LED 發出的紫外光被外層的磷光劑轉換成紅、

藍、綠三色光，混合後就成了白光。但由於紫外線會使黏合劑中的環氧樹脂劣化 變質，所以生產難度較高，而壽命亦較短。與第一種方法比較，因為斯托克司頻 移(Stokes Shift)前者較大，光波在轉化過程中有較多被化成熱能，因此效率較低，

但好處是光譜的特性較佳，產生的光比較好看。而由於紫外光的 LED 功率較高，

所以其效率雖比較第一種方法低，但出來的亮度卻相若。

最新一種製造白光 LED 的方法沒再用上磷光體。新的做法是在硒化鋅基板上生 長硒化鋅的磊晶層。通電時其活躍地帶會發出藍光而基板會發黃光，混合起來便 是白色光。

有機發光二極體 有機發光二極體 有機發光二極體

有機發光二極體，，，OLED，OLEDOLED OLED

有機發光二極體OLED與薄膜電晶體液晶顯示器（Thin Film Transistor Liquid Crystal Display, TFT-LCD）是不同類型的產品。部分國外又稱OLED為有機電雷 射顯示（Organic Electroluminesence Display, OELD）。其發光原理跟 LED 一樣，

不同之處是其發光物質是有機物質，例如有機聚合物等。

OLED 具有自發光性、廣視角、高對比、低耗電、高反應速率、製程簡單等優點，

OLED 顯示器因為不需背光元件，所以可以比 LCD 顯示器造得更薄， 不同顏色 的 OLED 有不同壽命，衰退程度也不同（藍色 OLED 的壽命最短），因此作為全 彩色顯視器時，色溫會隨使用時間而變；較常用的像點會較衰退得較其 他像點 快而使得光暗不均。OLED 顯示器的壽命只有 LCD 顯示器的 1/4，日本 Toshiba 跟 Panasonic 近年有新技術使 OLED 的壽命加倍。水 份、濕氣等會對 OLED 造成 破壞，因此對封裝的防水性也有要求。

OLED 顯示器依驅動方式的不同又可分為被動式（Passive Matrix，PMOLED）與 主動式（active matrix，AMOLED），因為導電電極的電阻關係，被動式 OLED 尺 吋不可以造得大，否則會有光暗不均的情況。

LED LED LED

LED 的使用的使用的使用 的使用

LED 與沒有極性的白熾燈不同，只能在正向電流流過時才能發光，當接上正向電 壓時會有較大的電流流過，稱之為順向偏壓。若接上反向電壓，電流會相當細（微 安—μA 級），稱為逆向偏壓，並且不發光。所以當 LED 接上交流電壓時，只 有正向電壓能使它被點亮，這會導致 LED 以該交流電的頻率閃爍，要注意 LED 能承受的反向電壓比一般二極體低，反向電壓過高會使反向電壓過高會使反向電壓過高會使反向電壓過高會使 LEDLEDLEDLED 永久損壞永久損壞永久損壞永久損壞。

故使用時需注意順向或逆向偏壓。

使用：

目前廣泛的使用於各項照明，例如台灣路口的紅綠燈、照明電燈、手電筒、汽車 晝行燈等等。

資料來源：

http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%99%BC%E5%85%89%E4%BA%8C%E6%A5%B5%E 7%AE%A1