二极管发光奥秘

2011-07-13 17:25:36来源: 互联网

光是一种能量形式,可由原子释出。光由一些具有能量和动量但无质量的类粒子束组成。这些粒子称为光子,是光的最基本单位。

电子的跃迁会释放出光子。在原子结构中,电子在原子核周围的轨道中运动。电子在不同的轨道中具有不同的能量值。通常,能量更高的电子在离原子核更远的轨道中运动。

为了让电子能够从低能轨道跃迁至高能轨道,就必须提高它的能级。反过来,电子从高能轨道跌落至低能轨道时则会释出能量。这种能量就以光子的形式得到释放。能量差约大,释出的光子能量就越大,继而表现为更高的频率。(有关详细说明,请查看光的原理。)

我们在上一节已经了解到,自由电子通过二极管时会陷入P型层中的空穴。这一过程涉及电子从传导带到低轨道的跌落,因而电子会以光子的形式释放出能量。这种情况在所有的二极管中都会发生,但只有当二极管由某些特定材料制成时,您才能看到光子。举例来说,普通硅二极管中的原子会以一种特定方式排列,在这种排列下,电子跌落的距离相对而言比较短,这导致产生的光子频率过低(它们在光谱中处于红外线区域),不能为人眼所见。当然,这也不一定就是坏事:红外线LED有很多用途,例如它是制造遥控器的理想元件。

可见光发光二极管(VLED),例如用来点亮电子钟表中的数字的发光二极管,其构成材料就以传导带与低轨道之间的间隙较大为特征。间隙的大小决定光子的频率——从而决定了光的颜色。

尽管所有的二极管都能发光,但大多数发光效果并不好。在普通二极管内,大量的光能最终会被半导体材料自身吸收。LED因其独特的构造,可以向外释放大量的光子。另外,它们被安置在一个可以将光线汇聚到某一特定方向的塑料灯泡里面。如下图所示,二极管发出的大部分光线被灯泡侧壁反射回来,然后继续传播,直至它们穿过灯泡的圆形顶端。

二极管发光的奥秘

与传统白炽灯相比,LED有几点优势。首先,它们不含可烧尽的灯丝,因而寿命更长;另外,小型塑料灯泡使得它们更加耐用。还有,它们也易于装配到现代电路中去。

而LED最主要的优势在于其高效性。传统的白炽灯泡在发光过程中会散发出大量热量(因为灯丝需要加热)。这些热能将是彻头彻尾的浪费,除非您把灯当作加热器使用,因为绝大部分的电能都没有产生可见光。相对来说,LED产生的热量甚微,电能中直接用来发光的百分比要高很多,这样可以大大降低用电需求。

LED由先进的半导体材料制成,因而相对昂贵,时至今日仍不能应用于大多数照明设备中。然而过去十年间,半导体设备的价格已经大幅下降,这使得LED照明在各种应用场合都成为一种性价比更高的选择。 尽管它们起初也许会比白炽灯更贵些,但更加低廉的长期成本还是会让它们成为一笔划算的买卖。并且,它们还会在未来的科技世界中扮演更加重要的角色。

关键字:二极管

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0713/article_10584.html
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