光子學與光電
發光二極體(LED, light-emitting diode)
發光二極體是一種直接把電變成光的二極體。它和一般二極體一樣只讓電流單向流動,但採用特殊半導體(如氮化鎵或砷化鎵)製成;每個越過接面的電子都能落入一個「電洞」,並把多餘的能量以一顆光的粒子——光子——的形式釋放出來。沒有燒得通紅的燈絲,也沒有大量廢熱:電流幾乎是直接從電子轉換成色光,這正是為什麼 9 瓦的 LED 燈泡能比 60 瓦的白熾燈還亮。
光的顏色由晶片的能隙(電子跨越的能量差)決定,而非由溫度決定。能隙大就發出藍光子,能隙小就發出紅光;工程師調整合金成分即可選定波長。白光 LED 則是「作弊」:在藍光 LED 上塗一層黃色螢光粉,把部分藍光再放出成黃光,藍加黃在眼中即讀作白色。2014 年諾貝爾物理獎正是頒給高效率藍光 LED 的發明者,因為它是讓白光固態照明終於得以實現的最後一塊拼圖。
λ ≈ 1240 / E_g (λ in nm, bandgap E_g in eV)
LED 只有在超過順向導通電壓(紅光約 1.8 V、藍光約 3 V)時才會發光,且電流必須以電阻或驅動器限制——若直接接在電池兩端,它真的會在一瞬間燒毀。
又稱
另見