文／穿山甲

想像一下，如果夜晚失去照明，當太陽落下的那一刻，世界將會陷入怎樣的境地？在數十萬年前，我們的祖先只能瑟縮在洞穴深處，聽著風聲與野獸的低吼，恐懼地等待曙光。對當時的人類而言，夜晚來臨不僅僅是視覺剝奪，更是生存的危機。為了奪回黑夜的主導權，人類透過各種發明展開了一場無止盡的追光計畫。

蠟燭煤氣 白熾燈泡



在電被發現以前的數千年間，人類想獲得光，唯一的路徑就是燃燒。無論是原始人的火把、古埃及人的油燈，還是中世紀的蠟燭，都是倚靠著燃料與助燃劑，在溫度的推升下得到火焰照亮夜晚。到了19世紀，人類對光的野心變大，發明出「煤氣燈」，利用管線將易燃氣體送到城市的每個角落點起火焰。這雖然奪回夜晚的一點光明，卻也帶來了不小的麻煩。煤氣燈會消耗室內氧氣，還會散發出一股難聞的氣味，待久了容易不舒服，稍有不甚還會引發火警。

在電被發現以後，科學家偶然發現電流通過物質會產生熱，在極熱的狀態下會發出白光，這就是「白熾燈」的原理。這個想法簡單作起來卻困難重重，這是因為要找到不會燒熔的燈絲材料極為不易。最終在幾代科學家不斷地努力下，終於製作出熔點極高的「鎢燈絲」，將其置於玻璃罩中並在內部通入惰性氣體或抽真空，以防止燈絲氧化，透過通電將燈絲加熱到白熾發光。此時人類終於有稍微安全的照明工具可供選擇，然而白熾燈如同電暖器般，發光的同時會有90%的能量變成熱被浪費掉。

日光燈 發光二極體



當白熾燈還在為了熱能降低效率發愁時，科學家發現到更聰明的方法，那就是激發氣體原子發光。依此原理科學家將汞（水銀）密封在玻璃管中，施加電壓讓電子高速衝撞汞蒸氣，激發汞原子使其發出紫外線照射到塗滿螢光粉的管壁，從而發出白光。傳統的紫外線殺菌燈，其實就是管壁少了螢光粉末，直接讓紫外線透射出來，不過一般的玻璃雜質較多，能殺菌的紫外線波段無法輕易穿透。若要提升殺菌效果，管壁需改用石英或硼砂玻璃製作，以增加紫外線的穿透率。「日光燈」的發明大幅提升了能源的轉換效率，一經商業化後隨即被推廣到世界的每個角落。然而日光燈因為含有汞，存在巨大的環保隱憂，在國際公約《關於汞的水俁公約》的制約下，往後含汞的照明工具也逐漸會被淘汰。

現今常見的發光二極體「LED」其原理來自電致發光，結構上將P型與N型半導體接合在一起，於左右兩端通電，晶片中的電子與電洞會移動到接合處結合，並將能量以光的形式釋出。雖然LED很早就被發明出來，但長久以來只能發出紅光與綠光，缺少了藍光。直到1990年代科學家們克服了難題開發出藍光，自此湊齊了三原色可以組合出白光，有些顯示器螢幕就是直接使用三種顏色的LED來顯示色彩與發出白光。另一種較常見的發白光的方式是在藍光LED上塗上黃色螢光粉，當藍光穿透時產生一部分的黃光，兩種光混合在一起形成白光。

人類追求光明的旅程，從有光就好，逐漸朝向愈亮愈好與環境友善的方向前進，目前LED暫時成為這場競賽的領先者，使用壽命甚至可以達到數萬小時，以極高的能源效率與可微型化的優點，徹底改變了現代文明的樣貌。