台北的夜晚燈火通明，但其實全世界還有20億人，生活的地方沒電，當然也沒電燈；不過隨著極為省電的發光二極體（LED）的發明、發展，配合太陽能電池，已可為這些地方帶來光明。 由國科會與聯合報、公共電視、科學人雜誌、中廣公司、News98合辦，中央大學理學院科學教育中心承辦的「2006展望演講秋季系列—建構21世紀人類社會的尖端工程」，最後一場由清華大學光電所所長劉容生主講「光電之美—愛因斯坦、愛迪生、你和地球」，爆滿聽眾把走道都擠滿。 光子概念 開啟了近代光學 劉容生先講「光與電」，他指出，愛因斯坦26歲那年，寫了3篇文章：「狹義相對論」、「布朗運動」和「光電效應」，但多數人看不懂；後來他因「光電效應」獲得諾貝爾獎，其實他這3篇應獲得3次諾貝爾獎才對。 光電效應是解釋光束照到金屬表面會產生電子的原因，當時一般認為光是「波」，但愛因斯坦提出革命性的「光子」概念，就是「光子是帶有能量的粒子，能量與光線的頻率有關」；這項理論後來陸續被實驗證明，開啟近代光學的第一頁。 半導體雷射 改變人類生活 雷射理論也是愛因斯坦提出的，但一直到50年後的1958年，才由Schawlow和Townes做出來；後來陸續有各種雷射被發明，其中最重要的是，1962年Hall發明的半導體雷射，由於這個發明，今天大家才能享受通訊的便利，因為半導體雷射正是光纖通訊的光源，還有DVD、雷射印表機等，改變了人類生活和歷史。 劉容生接著介紹「電與光」，過去100多年最偉大的光源發明，第一是燈泡，是第一次人造的電光源；第二是雷射，現在仍在蓬勃發展中；第三是半導體光源，是過去10年才快速發展。 人類其實很早就知道把東西燒熱會發光，但只有油燈和蠟燭，一直找不到適合的東西，燒起來又發光、又耐久；愛迪生發明燈泡前，失敗了3000次，一直到1882年，才開發出第一個燈泡。 但這個燈泡只燒了幾十個小時，而且非常暗淡，大概是現在燈光的1/20，大問題是當時的燈絲不是鎢絲，而是碳；愛迪生聘Lang-muir來做研究，要求提高燈泡壽命並增加亮度。 Langmuir發現，燈泡中加入氮氣及氬氣，可以燒得更久；他為研究燈絲的化學反應，發現必須要抽真空，所以開發很多真空技術；他還發明單分子層的觀念，以及到現在大家還在使用的單分子層製作工具，也就是奈米技術，這些研究成果使他獲得1932年諾貝爾獎。 1909年Coolidge發明把鎢絲螺旋捲起來的燈絲，捲起來是讓溫度提高，這種燈泡亮度比當初愛迪生發明的燈泡提高10倍；到了1個世紀之後的今天，亮度也不過再增加1倍。 1996年又有一個重要發明，是日本人Nakamura發明白光LED（從前只有單色LED）。Nakamura當時在一家傳統化學公司做螢光粉，不是博士，沒發表過論文，但他突然想做白光LED；劉容生說，其實Nakamura對相關技術不是很了解，很了解就不會去做了，因為這項冷門技術被專家認為是「不可能的任務」已經20年。 結果Nakamura成功了，當時還在美國GE公司工作的劉容生被派去拜訪Nakamura，對方告訴他，已經做到每瓦20多流明（光的能量單位），跟燈泡接近；他說從這個故事的啟示是，年輕人不一定要追求熱門，要有信心追求自己認為未來有發展的。 白光LED照明 可節省能源 劉容生又講到環境，他指出，地球大氣中有溫室氣體來調節溫度，其中二氧化碳約占0.03%到0.04%，會經由植物、海洋達成奇妙平衡；但現在人類發展造成不平衡，二氧化碳濃度升高，使得溫度上升、冰山融化、海平面上升，要考慮永續經營，白光LED照明比燈泡和日光燈有效率，可節省能源。 現在世界上有1/3人口無法用電，LED因為很小、省電，可和太陽能電池結合，讓這些地區獲得光明，有基金會就在推動「讓光照耀世界」。劉容生指出，LED的發展一方面省電，另一方面普及。 台灣光電產業 產值逾兆元 台灣的光電產業發展歷史很短，大約從1995年開始，但現在產值已超過1兆元。第一波發展是光儲存，就是光碟片，現在已是世界第一；第二波是平面顯示器，1997年有幾間公司投入，現在是世界第二。 劉容生認為，全世界正在發生的第三波革命，是燈泡可能被LED代替，而且這種半導體光源可用在平面顯示器、手機、電視、汽車燈、儀表燈、紅綠燈、飛機跑道燈、戶外大看板、生醫照明等很多地方。 若在2015年，LED的發光效率能達到50%，而且價錢便宜，讓全世界50%的人類使用，可節省三峽大壩一整年的發電量；若這方面早有發展，也許大陸就不會建造三峽大壩，而把經費投入這方面研究了。 （系列完）