蓝色发光二极管

蓝色发光二极管,即蓝光LED,是能发出蓝光的发光二极管,其发明获誉为“爱迪生之后的第二次照明革命”。蓝光LED的发明,使得人类凑齐能发出三原色光的LED,得以用LED凑出足够亮的白光。白光LED灯的发明,大幅提高了人类的照明效率。

什么是蓝色发光二极管

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蓝色发光二极管符号

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蓝色发光二极管工作原理

1980 年代后期的两项突破为蓝光 LED 的发明奠定的基础——一项是氮化镓外延技术的发展,另外一项是 P 型半导体的掺入。蓝光 LED 包含数种不同的氮化镓(GaN)层。中村修二在其中掺入了铟(In)和铝(Al),使得其照明效率大幅提高。

蓝色发光二极管工作原理是半导体二极管的一种,可以把电能转化成光能。发光二极管与普通二极管一样是由一个 PN 结组成,也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后,从 P 区注入到 N 区的空穴和由 N 区注入到 P 区的电子,在 PN 结附近数微米内分别与 N 区的电子和 P 区的空穴复合,产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同,释放出的能量越多,则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。发光二极管的反向击穿电压大于 5 伏。它的正向伏安特性曲线很陡,使用时必须串联限流电阻以控制通过二极管的电流。

限流电阻 R 可用下式计算:

R=(E-UF)/IF

式中 E 为电源电压,UF 为 LED 的正向压降,IF 为 LED 的正常工作电流。发光二极管的核心部分是由 P 型半导体和 N 型半导体组成的晶片,在 P 型半导体和 N 型半导体之间有一个过渡层,称为 PN 结。在某些半导体材料的 PN 结中,注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来,从而把电能直接转换为光能。PN 结加反向电压,少数载流子难以注入,故不发光。

这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管,通称 LED。 当它处于正向工作状态时(即两端加上正向电压),电流从 LED 阳极流向阴极时,半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线,光的强弱与电流有关。

蓝光 LED 的发明,使得人类得以用 LED 凑出足够亮的白光。而发白光 LED 的效率比白炽灯要高上不少。白光 LED 促成了各种 LED 显示屏的发明,也促进了照明效率的提高。特别是,后者使得人类降低碳排放、对抗气候变迁成为可能。

但是,也有人担心蓝光 LED 发出的蓝光可能对人眼造成危害。因为蓝光可能导致黄斑变性。

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