LED為什麼會發出不同顏色的光,此文讓我豁然開朗!

2020-12-04 製造原理

小夥伴們大家好!我是小馬哥,這次我給小夥伴們講講LED,上次那個妹子問什麼是二極體,我給妹子講了下PN 結的原理後妹子一臉懵,後來就再也約不到那個妹子出來玩了。二極體是啥都不知道?還當什麼電子工程師,此文滿足我的好奇心!

小馬哥這次就不講那麼深了,LED就是發光二極體的英文Light Emitting Diode簡稱,和二極體一樣都是有PN結,具有單向導電性,在PN結兩頭的引腳加以正向電壓,空穴和自由電子相遇,產生複合,然後產生了一定的能量.

這種能量要麼就以發熱這種方式呈現出來,要麼就以發光的形式呈現出來,發光二極體就是以發光的形式呈現出來,當然了發光二極體也會發熱。普通的二極體是不能發光滴。

發光二極體與二極體差別並不大,發光二極體在PN結摻雜了一些化合物:鎵、砷、磷、氮等。把這些化合物摻雜到P區和N區,然後加上引腳,用環氧樹脂給包起來,包起來堅固耐摔抗震。

為什麼要摻雜不同的化合物呢?為了發出不同顏色的光。目前LED由於效率高而受歡迎,許多人認為這是一種新科技,其實最早的LED已經存在了50多年,1962年的時候老美就研發出發光二級管了。

很多小夥伴都以為LED發出的光都是白色的,其實是紅色的,但是亮度非常微弱,當摻入砷化鎵,使LED發出了紅色,當然不是為了研發紅光而使LED發出紅色的光,後來被惠普買去當做指示燈用了,這就是為什麼許多的指示燈都是紅色的原因。

隨著科技的發展,慢慢的就出現了一些其他的顏色:摻入磷化鎵使LED發出綠色光,摻入碳化矽使LED發黃光等等。

1993年日本的一位電子工程專家中村修二成功發明了高亮度的藍色LED, 2014年憑藉「發明高亮度藍色發光二極體,帶來了節能明亮的白色光源」,天野浩與赤崎勇、中村修二共同獲得諾貝爾物理學獎。

是不是有點懵,為什麼發明了藍色的發光二極體,就帶來了白色光源。自然界的許多光源都是經過多種顏色混合而成的,白色光則是紅色、綠色和藍色混合而成。

中村修二發明藍色發光二極體之前,就發明出了紅色和綠色的發光二極體,藍光LED的出現將三原色集齊混合後,高亮度的白色光源就出來了,這種方法製造出白色的光源,它成本比較高,要三原色的混合,製作工藝也複雜。但是效率高,白色的色域廣。

現在生產技術先進,白光LED很少用這個方法製造了,當然了還有其他的方法發出白光,比如說藍色的LED晶片上抹上黃色的螢光粉,咱們肉眼看起來就是白色的光了。

又有小夥伴要問了,中村修二怎麼就獲得了諾貝爾物理學獎,怎麼就不是頒布給紅色發光二極體的發明人,或者綠色發光二極體的發明人呢,他們的貢獻也很大啊,為何就給了時隔那麼久才發明出藍色發光二極體的發明者呢?

因為由於製作藍色LED非常困難,其他的發明者因為製作工藝,放棄了繼續研究,中村修二還是堅持的繼續研發,藍色發光二極體的出現,混合黃色的螢光粉,把LED推向了照明界。

藍色發光二極體的出現,聚齊了三原色,在顯示屏中,實現了全彩顯示屏。混合發出白色的光源,實現了LED作為照明光源的用途。所以藍光LED在LED照明上有著重要的意義。

許多的顏色要麼基於三原色或者兩原色混合發光,或者單一的原色加上螢光粉發不同顏色的光,實現白光的兩種途徑中,目前應用最廣泛,實現了產業化的就是在藍色LED的基礎上加了黃色的螢光粉。

每個顏色都對應著它自己的波長,什麼是波長呢?拿一根繩子,上下搖動,會出現波浪形,而波長就是兩個相鄰的浪頂之間的距離,用納米做單位。波長和摻雜的不同雜質和電壓有關。

有小夥伴問一個LED能發出幾種光,是什麼操作?這種發光二極體裡面有發出兩種顏色的LED晶片,有三個引腳,三個引腳中有一個是公共端,共陽極或者共陰極,拿紅綠LED來說,接上公共端和紅色LED另一引腳,則發出紅色的光芒,接上綠色引腳和公共端則發出綠色光芒,當兩個顏色同時接通,紅色和綠色光芒混合,就發出黃色的光。

這種LED 集成後在顯示屏的應用比較廣泛,在火車站比較常見,火車站上的列車時刻表,還有就是用在交通信號燈上面等等。

還有就是閃爍版的led了,現在市面上有自己就會閃爍的LED,叫自閃爍LED。它裡面有控制閃爍電路,只要通上工作電壓就能嗶哩嗶哩的閃爍了。如果小夥伴有興趣的話用PCB板做一個電阻和電容構成的振蕩電路,閃爍的頻率並不高。

現如今LED照明已經遍布咱們的生活,LED消耗能量和白熾燈減少80%左右,較節能燈減少40%左右。

白熾燈主要是通過鎢絲的發熱產生光源,這種燈效率不高,大部分的電能被轉化為熱能消耗掉了,溫度越高,鎢絲慢慢升華成為了鎢氣,然後粘附在燈泡裡,使燈泡變黑,白熾燈做成 「大肚子」是有原因的,鎢氣升華後擴散的廣,不會集中一起,不然黑色覆蓋燈泡,發光亮度就會減少。慢慢的鎢絲越來越細,等它斷了,這隻白熾燈也就結束了它的壽命。

LED照明應用範圍廣,效率高,佔據了主要的市場,但是效率受高溫影響而急劇下降,發熱量也大,這就是為什麼LED燈有個散熱器的原因了,一般情況下LED壽命長達50000個小時,能用個五、六年。白熾燈慢慢的也退出了歷史的舞臺,將來會不會有其他的照明硬體把LED給擠下去呢?

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