部分 所以 螢火蟲 我們 叫 冷光 那 這 個 一閃一閃 呢 燈塔 燈塔 不 是 在 那邊 轉 好像 一 閃一閃 的 那 就 是 從 螢火蟲 的 閃 裡面 學出來 的 除了 燈塔 之外 現在 我們 日常 生活 中 可見 的 日光燈 螢光棒 LED 燈飾 等 都 是 仿效 螢火蟲 身 上 的 冷光 在 許多 創新 的 紡織 技術 上 可見到 將 LED 加入 布料 纖維 中 讓 衣服 可以 發光 具有 警示 或 裝飾 效果 而 最 新 的 發光 技術 有機 發光 二極體 OLED 則 是 跟 螢火蟲 一樣 具有 高效率 高亮度 自 發光 的 特質 和 許多 發光 生物 一樣 光 也 是 人類 生活 的 依據 我們 靠 著 光線 來 探索 外部 世界 那麼 光 到底 是 怎麼 傳播 的 呢 多 年 來 科學家 們 鑽研 可 透光 的 玻璃 利用 不同 曲面 的 鏡片 控制 光線 的 折射 與 透射 我們 日常 生活 中 的 眼鏡 相機 鏡頭 望遠鏡 等 都 是 利用 光學 鏡片 的 科技 產品 傳統 的 光學 元件 的話 我們 大概 就 是 讓 光 改變 它 行進 的 路徑 好比 說 透鏡 一 個 凸透鏡 是 什麼 東西 呢 它 可以 改變 光 的 行進 路徑 讓 一 束 平行 的 光 可以 聚焦 但是 近 20 年 來 他們 在 蝴蝶 的 翅膀 上 得到 靈感 發現 了 上帝 之 手 最 精巧 的 設計 光子 晶體 曾 擁有 蝴蝶 王國 美譽 的 台灣 有 超過 四百 種 的 蝴蝶 紀錄 除了 獨特 的 飄忽 的 飛行 姿態 蝴蝶 的 美 更 在於 豐富 斑斕 的 色彩 服務 於 新竹 同步 輻射 中心 的 湯茂竹 博士 利用 同步 加速器 來 觀察 蝴蝶 的 翅膀 蝴蝶 是 有 很 漂亮 的 翅膀 牠 裡面 其實 是 有 很多 鱗片 我們 就 把 蝴蝶 翅膀 拿到 我們 的 實驗室 然後 就 取出 了 牠 的 一 個 其中 一 個 鱗片 放到 我們 的 顯微鏡 上 去 觀察 我們 就 發現 哇 這 是 一 個 非常 漂亮 的 一 個 結構 生長 於 南美洲 的 摩爾佛蝶 牠們 翅膀 鱗片 上 的 微細 結構 經 光線 照射 後 會 形成 獨特 的 藍色 金屬 光澤 在 電子 顯微鏡 下 摩爾佛蝶 的 翅膀 覆蓋 了 鱗片 鱗片 上 有 脊狀 突起 中間 有 許多 孔洞 結構 由 側邊 觀察 分支 交錯 排列 使 光線 不會 在 最 頂層 就 反射 回去 在 孔洞 間 光線 被 引導 或 隔離 至 不同 的 方向 最後 再 折射 進入 我們 眼睛 時 已 不 是 原本 的 反射 角度 而 我們 所 見到 的 摩爾佛蝶 翅膀 上 藍色 的 金屬 光澤 就是 透過 光子 晶體 所 構成 的 光線 迷宮 過濾 了 光線 最後 只 剩下 藍色 波長 的 光 反射 進入 我們 的 眼睛 做完 了 這些 成像 那 我們 進入 電腦 電腦 就 把 它 做成 三維 立體 的 一 個 數據 系統 我們 就 可以 拿來 分析 到底 是 什麼 原因 讓 牠 能夠 產生 這麼 明亮 的 光 牠 這 個 結構 上 來 說 可能 滿 像 一 種 光線 的 一 個 雙焦 共振 的 一 種 結構 同樣 都 是 光子 晶體 的 結構 其他 像是 孔雀 炫麗 的 尾翼 若是 轉到 不同 的 方向 羽毛 上 的 光澤 也 不 一樣 蝴蝶 的 翅膀 只有 一 種 顏色 反射 每 個 角度 看 都 是 一 種 顏色 但是 貝殼 就 是 不同 的 顏色 不同 的 彩虹 的 顏色 是 多 層 膜 的 周期性 結構 中研院 的 施閔雄 博士 對於 光子 晶體 有 一 番 深入 的 研究 蝴蝶 的 翅膀 上面 布 有 一 顆 一 顆 排列 在 表面 讓 陽光 打到 翅膀 的 時候 會 散射出 不 一樣 的 顏色 的 光 來 這些 都 是 自然界 就 有 的 光子 晶體 那 你 如果 仔細 放大 孔雀 羽毛 的 微 結構 的 話 它 也 是 有 一 系列 的 光子 晶體 以 不同 方式 的 排列 所以 你 看出來 會 是 不同 顏色 光 可以 看到 的 一 個 週期性 結構 叫 光子 晶體 我們 把 好多 球 有 規律 的 排成 一 直線 或是 排成 一 個 陣列 甚至 三維 的 排成 像 一 個 積木 一樣 的 結構 那 叫做 有 週期性 的 結構 一 維 的 光子 晶體 週期性 只有 在 一 個 維度 二維 的 光子 晶體 是 現在 做 光子 晶體 比較 多 的 它 基本 上 在 兩 個 維度 上 比如說 一些 孔洞 或是 一些 柱子 那 在 平面 上 去 排列成 有 規則 的 形狀 三維 的 光子 晶體 是 拿 一些 小球 排列成 三維 的 形狀 最早 模仿 光子 晶體 結構 的 設計 就是 眼鏡片 上 的 多 層膜 這 也 是 最 簡單 的 一 維 光子 晶體 多 層 膜鏡片 以 電腦 真空 鍍膜 技術 在 鏡片 上 機鍍 五 層 以上 薄膜 藉以 減少 反光 增加 可見光 的 透光率 隔絕 紫外光 的 穿透 減少 紫外線 直接 穿透 鏡片 傷害 我們 的 眼球 因為 以前 沒辦法 做到 那麼 小 的 光子 晶體 在 這 十 年 內 我們 有 很 好 的 奈米 製程 技術 那 現在 我們 可以 做到 那麼 小 的 光子 晶體 並且 我們 去 控制 它 的 大小 位置 控制 我們 要 出來 光 的 波長 甚至 光出來 的 方向 然後 並且 去 應用 它 光子 晶體 最 重要 的 意義 是 你 控制 它 的 位置 大小 你 就 能 控制 光 的 行為 大自然 給 我們 的 材料 或許 有 其 限制 可是 光子 晶體 它 排列 的 方式 是 無窮 的 只要 把 相同 的 材料 相 對應 的 位置 調整 一下 我們 就 可以 去 控制 光 的 路徑 透過 蝴蝶 的 翅膀 我們 了 解到 光子 晶體 與 光線 之間 的 奧妙 但是 科學家 們 又 能 用 光子 晶體 來 做 些 什麼 呢 除了 眼鏡 鏡片 上 一 維 光子 晶體 的 應用 外 日本人 也 根據 摩爾佛蝶 的 翅膀 研發出 一 款 特別 的 布料 被 稱為 morphotex 穿 在 身 上 隨著 身體 的 擺動 布料 會 反射出 金屬 般 的 光澤 目前 光子 晶體 的 研究 常見 於 LED 光子 晶體 雷射 與 光子 晶體 光纖 傳統 LED 發出來 光 的 效率 不如 把 光子 晶體 加上去 因為 光子 晶體 會 讓 你 發光出來 的 光 更多 不會 耗 那麼多 能量 並且 增加 亮度 比如說 你 現在 這 個 系統 發 1 燭光 你 加 了 光子 晶體 你 可能 會 增加 到 2 燭光 甚至 3 燭光 更多 應用 在 未來 新一代 的 電視 螢幕 上 預期 可以 達到 增加 螢幕 亮度 與 節省 能源 的 功能 新 的 方式 是 用 LED 去 做 這些 液晶 螢幕 如果 把 LED 加上 一些 光子 晶體 或是 加上 一些 微 結構 光 不會 四面 發散到 不同 角度 只要 讓 光 往 這邊 出來 其他 地方 不 出 光 你 能量 耗損 就 可以 減少 很多 現在 看到 一些 LED 的 面板 就 是 液晶 螢幕 越來越 多 而且 越來越 亮 而且 越來越 省電 目前 LED 電視 是 使用 LED 背光源 還 沒有 真正 將 光子 晶體 應用到 一般 的 顯示器 但是 一 家 手機 晶片 製造 大 廠 則 是 看好 可攜式 電子 閱讀器 的 市場 利用 光線 干涉 的 原理 研發 新一代 的 面板 顯示 技術 IMOD 這樣 的 技術 靈感 當然 也 是 來自 蝴蝶 翅膀 我們 吹 那 個 泡泡 的 時候 看到 泡泡 的 表面 好像 有 很多 的 顏色 也 是 因為 不同 的 這 個 空氣 的 厚度 光線 折干 涉 而 產生 不 一樣 的 這 個 顏色 光線 射到 蝴蝶 翅膀 上面 因為 這 個 薄膜 的 厚度 薄膜 的 間隙 不 一樣 會 產生 不 一樣 的 顏色 主要 也 是 從 這 種 光線 干涉 光線 造成 不同 的 顏色 而 讓 我們 激發 這樣 的 靈感 利用 現有 的 這 個 生產 設備 來 製作 利用 光線 本身 從 外面 反射 進來 而 利用 這 個 不同 的 空氣 間隙 來 製造 不同 的 顏色 基本 上 是 透過 兩 個 膜 那 就 是 上面 一 個 穿透膜 下面 一 個 幾乎 是 全 反射 那 穿透膜 呢 的 光線 透過 最 底部 的 反射膜 它 會 反射 光線 薄膜 的 厚度 比較 厚 的 時候 通常 都 是 比較 接近 紅色 的 波長 比較 薄 的 時候 接近 比較 綠色 的 波長 顏色 是 因為 這 兩 個 薄膜 間 的 這 個 厚度 不 一樣 而 讓 這 個 不同 波長 的 光線 產生 了 干涉 利用 光學 共振腔 來 干涉 光 的 波長 產生 不同 的 顏色 但是 要 如何 精準 的 控制 螢幕 的 顯色 則 是 另 一 個 大 學問 近年 來 發展 日趨 成熟 的 MEMS 微機電 技術 利用 電流 來 控制 薄膜 的 開關 是 這 個 顯色 技術 的 重要 研發 門檻 基本 上 我們 只有 三 種 間隙 在 控制 有 紅色 的 間隙 藍色 的 間隙 綠色 的 間隙 讓 有的 間隙 開 有的 間隙 不 開 會 形成 不同 的 顏色 就是說 等於 是 混色 在 一 個 簡單 的 這 個 畫素 裡面 做 了 三四十 個 微 機構 來 控制 不同 的 深淺 的 顏色 而 不 是 真的 控制 不同 的 厚度 現在 顯示器 一定 要 打背 光源 要不然 就 看 不 到 那 另外 一 個 最 大 的 問題 液晶 本身 它 只 會 讓 這 個 光 透過 大概 10% 90% 其實 上 都 是 沒辦法 通過 所以 我們 叫做 光 的 使用 效率 很 差 那 我們 不 一樣 我們 利用 環境 光 反射 反射率 通常 都 在 30% __UNDEF__ 40% 比 那 個 10% 好 很多 因為 大家 用 過 現有 的 顯示器 就 知道 拿到 太陽光 底下 基本 上 是 幾乎 很 難 看到 的 我們 是 利用 環境 的 光 做 反射式 的 所以 環境 光 越 強 我們 就 看 得 越 清楚 透過 環境 光 的 反射 螢幕 的 亮度 就 會 增加 相對 也 減少 了 用電量 這樣 的 技術 不但 讓 未來 的 可攜式 電子 閱讀器 更 輕巧節 能 還 多 了 一 個 保護 眼睛 的 功能 因為 一般人 最 舒適 最 常 看到 的 東西 都 是 反射式 的 只有 看 電視 看 螢幕 是 光 直接 會 打到 眼睛 為了 維護 你 的 眼睛 保護 眼睛 要 常常 看 外面 綠色 是 反射 的 而 不要 老是 只 看 螢幕 看 電視 這 都 是 直視 的 依循 大自然 古老 的 原理 結合 新穎 的 科技 所 製造出來 的 反射式 顯示器 顏色 飽和度 還 有待 加強 也 是 目前 還 未 能 大量 普及化 的 原因 地球 繞 著 太陽 運行 地球 上 生生不息 的 生物 也 都 與 太陽 息息相關 那麼 源源不絕 的 太陽 光 能 是 不 是 能夠 被 我們 有效 的 利用 呢 現在 我們 大量 地 使用 太陽能板 來 吸取 太陽 光能 但 還是 問題 重重 其中 之 一 是 太陽能 電池 的 效率 太