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就是这个光 聊聊LED吧

在圣经创世纪中, 光是神在天地中最先创造的, 人对于光是充满感情. 从日月星晨的光到燃烧所产生的光, 我们总希望能对光掌握更多. 现今的技术中我们在光的应用非常的广泛, 从照明, 显示, 通讯和能源等等, 光的应用支撑着人们的食衣住行育乐. 今天, 我们来看一看近一百年来对光源重大的突破, 半导体固

I会生活2020.07.07

在圣经创世纪中, 光是神在天地中最先创造的, 人对于光是充满感情. 从日月星晨的光到燃烧所产生的光, 我们总希望能对光掌握更多. 现今的技术中我们在光的应用非常的广泛, 从照明, 显示, 通讯和能源等等, 光的应用支撑着人们的食衣住行育乐. 今天, 我们来看一看近一百年来对光源重大的突破, 半导体固态光源.
近一百年来, 人们对电掌握的能力进展迅速, 光的产生也从由原本的燃烧产生的方式转而用电产生的方式, 从爱迪生将白炽灯泡(利用将电流通过细金属丝所产生的高温电时产生光)的设计改良而让它能更稳定, 到萤光灯 (利用电子束撞击萤光粉产生光) 的商用化, 紧接着就是随着我们在半导体的重大发展我们发现了以半导体技术製作的固态光源, 发光二极体LED (Light emitting diode).

首先, 来看一下二极体的工作原理, 早期的二极体是利用电子束带负电的特性让电流只能从一个方向通过, 达成开关的功能, 如图一. 在半导体技术下, 二极体的作法是将两种不同类形的半导体相连接, 其一为加入比硅少一电子而形成电洞为载子的P型半导体, 一为加入多一电子而形成电子为载子的N型半导体. 当PN相接合时, 各别的载子会扩散并相结合产生一段无载子却有电场的空乏区, 所形成的电场就成为阻断载子进一步移动的力量, 进而达到平衡状态.
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当有外加电压时, 有两种不同的状况. 第一种情况是当外加电压与空乏区所产生的电场同向时, 外加电场会使空乏区会愈发扩大, 也就没有电(载子)流能通过接面, 进而达到断路的状态. 反之, 当电场方向与空乏区电场相反时, 空乏区的区段会被外加电场抵消, 此时N型半导体中的载子便会往P型半导体移动, 在产生电流的同时, 电子与电洞会在接面处大量的结合, 并放出能量.
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在科学家们大量的尝试着不同的半导体材料后, 发现在三族和五族元素的化合物半导体所构成的PN接面下, 电子与电洞放出的能量会以光的形式被释放, 这就是所为的发光二极体, 而所放出的波长会与电子与电洞所在能阶的能量差成反比, 也就是说, 我们可以藉由调整能阶的差距, 进一步让光的波长改变, 对可见光来说就是改变颜色.

半导体固态光源比起萤光灯与白炽灯等传统光源, 具有体积小, 转换效率高, 稳定度高, 寿命长, 反应速度快等等优点, 若在加上特殊的光学设计更可进一步成为雷射二极体. 这些特点除了已经被广泛的使用在光通讯的应用上, 在现代社会要求节能, 减碳及无汞下, 也开始大量的使用在显示器与照明系统上, 随着时间的演近, 在可以预见的未来, 发光二极体会继续在各个主要的光源系统上发光发热.

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