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LED燈的發光原理

2020-04-06

LED(Light Emitting Diode)燈重要的一個發光結構就是燈內如綠豆大小般的燈珠。雖然它的體積很小,但它卻內有乾坤。

將LED燈珠結構放大之后,會發現有顆形如芝麻大小的晶片。

這個晶片結構極其復雜,一共分為好幾層:Z上層叫做P型半導體層、中間層為發光層、Z下層叫做N型半導體層。

從物理學角度來理解:當電流通過晶片時,N型半導體內的電子與P型半導體內的空穴在發光層劇烈地碰撞復合產生光子,以光子的形式發出能量(即大家看見的光)。

LED也被稱之為發光二極管,它的體積極小并且很脆弱,不方便于直接使用。于是設計者就為它添加了一個保護外殼并將它封存在內,這樣就構成了易于使用的LED燈珠。

不同材料的半導體會產生不同顏色的光色,如紅光、綠光、藍光等等。但是,到目前為止還沒有任何一種半導體材料能發出白色的光。

可我們平時使用的白色LED燈珠又是怎么產生的呢?

這里就需要提到一位諾貝爾獎獲得者——中村修二博士。他發明出了藍光LED,由此也為白光LED奠定了一定的基礎?;谶@項重大的貢獻在2014年授予他諾貝爾物理學獎。

至于藍光LED是如何轉變為白光LED,更大的原因在于晶片中多了一層熒光粉。

這幅圖中不僅出現了上文所述的N型半導體層、P型半導體層、放光層,還多了一層“熒光粉涂層”。

基本的發光原理并沒有太大的變化:在兩層半導體之間,電子和與空穴碰撞復合并于發光層產生了藍色的光子。

所產生的藍光有一部分會直接穿過熒光涂層直接發射出去;剩下的一部分會打在熒光涂層上并與之作用產生黃色光子。藍色光子與黃色光子共同作用(混合)就產生了白光。

藍光峰值位于波長450納米處,而之后稍微低矮一點的峰值是由熒光粉吸收藍光后所產生的黃光的峰值。

如果藍光的占比多一點,則產生高色溫的白光;相反,如果黃光占比多一點,則產生色溫較低的白光。




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