一、简述:
发光二极管(Light Emitting Diode,简称 LED),这一名称源自英文字母的精巧组合,是半导体发光领域划时代的杰作。其电气符号如同微观世界的路标(图 1),指示着电子元件的正负极:阳极(A)与阴极(K)分别以独特标识区分。
LED 的诞生可追溯至 1962 年,当时它只能发出黯淡的红光,仿佛微弱的烛光在夜色中摇曳。然而,技术的进步为其披上了七彩霓裳。如今,它已能覆盖从红外线到可见光、再到紫外线的广阔光谱区间,光强也逐步攀升至新高度。从室内照明到户外显示,从交通信号灯到汽车照明,从显示屏背光到光纤通信,LED 的身影无处不在,成为现代光电技术的基石。


二、发光原理:
LED 的核心结构 ——PN 结,是其发光奥秘的藏宝图。与普通二极管仅具备单向导电性不同,LED 的 PN 结如同一座微观的能量工厂。
N 型半导体(negative),富含电子的负电载体;P 型半导体(positive),空穴的聚集地,正电的象征。当正向电压施加于这半导体的结合部,电子与空穴在能量的驱动下相遇、重组,这一刹那释放出可观的能量。能量的出口,是以光的形式跃迁而出,完成从电能到光能的直接转化。
与传统光源形成鲜明对照,早期白炽灯等先将电能转化为热能,再摇身一变成为光能的低效光源,其大量光能被无谓消耗。LED 则如同光能的精妙魔术师,凭借直接的能量转化机制,将电能高效地转化为光能,避免了能量在热能停留的停顿,从而实现光效的飞跃。


三、结构解密:LED 白光的微观拼图
以常见的 LED 白光为例,其结构如同一个精密的微观生态系统(图 3):


芯片 :它是光源的起点,也是光的诞生地。在微小的硅片上,凝聚着半导体技术的精华,其发光效率、光谱特性等关键性能指标,决定了 LED 的品质与应用前景。
支架 :这一看似简单的结构,实则是散热与导电的桥梁。它包括衬底、散热基座及引脚,为芯片提供稳定的物理支撑,同时引导电流流入芯片,并将芯片工作时产生的热量迅速传导至外界,保障芯片的正常运行。
金线 :如同输送电流的金丝血脉,金线连接芯片与引脚,确保电流的精准传输。其材质、粗细等参数,直接影响电流的流通效率与芯片的工作稳定性。
透明树脂 :它是芯片的保护罩,也是光线的传输通道。透明树脂封装芯片,隔绝外界环境对芯片的侵蚀,同时凭借其透明特性,让芯片发出的光顺利透出,照亮世界。
从芯片到透明树脂,每一个部件都紧密协作,共同构成了 LED 白光的微观世界。它们相互依存、相互作用,将微观的光电效应转化为宏观的光明,为人类的生活和科技发展持续赋能。
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