60万年前:
人类在大自然中发现了火(天火),并学会用篝火取暖、火炬照明。这是最初的人工光源。
7万年前(发光效率<1%):
人类在空心的岩石中塞入一些干苔藓、干树叶,用火点燃后摆放在山洞里。这是第一次真正意义上的人造光。
2万年前:
我们使用动物的油脂当做燃料来使用。发明出了动植物油灯。
公元前3000年:
蜡烛诞生了。虽然只是简单的油灯(动物脂肪,植物油)。
公元前500年:
将已有的蜡烛进行了改良了:制作出一个空腔器皿,把油放在里面,再将延伸于器皿外的灯芯点燃。如此
公元1700年:
人们发明了煤气灯:发现地底下涌出来的天然气也可以燃烧,将它导入细管,人为控制也可以点燃,并且效果极好。
18世纪初:
在宾夕法尼亚发现了石油,有些人尝试着将石油提炼,发现提炼后的油也可以点燃。他们将这种处理后的石油称之为煤油,并制作出煤油灯。
1879年(发光效率<5%):
托马斯·爱迪生发明了碳丝的白炽灯,虽然还是很容易被烧断,但在碳弧灯的基础之上有了很大的进步。
1944年(发光效率<25%):
美国在荧光灯的基础之上制造出环形荧光灯和长管型日光灯(8,90年代的主要照明工具)。
1961年:
美国又发明了金属卤化物灯,现在人们所使用的金卤灯与当时的金卤灯没有多大区别。
1962年:
Nick Holonyak Jr 发明出了发光二级管,此时的二极管光效很低,只能发出红、黄、蓝、绿、紫光,还不能发出白光,LED灯被传统光源所压制。
1993年(发光效率<40%):
中村修二博士发明出了超亮度蓝光二极管,白光LED被成功研发出来。
发光二极管(Light Emitting Diode):是一种会发光的半导体组件且具备二极管的电子特性。
我们来理解下它的重点:LED首先是一只二极管(结构),其次它会发光(功能)。
既然LED在本质上还是一个二极管,那么我们就可以知道它的工作原理了:
二极管的“空穴”和“自由电子”在电压作用下流向PN结,当“空穴”和“自由电子”相遇而产生复合,当电子从导带跌落到较低能带,同时以光的形式释放出能量。
这种方式直接产生特定波长的电磁波,而不是像电能或化学能转化为电磁波能量,产生很多我们所“看不见”的电磁波。所以LED转化光能的效率是非常高的。
可能有人会有错觉:电子从导带跌落到价带,那么电子受到的电磁力就更大了,那电磁能量是不是应该是增加了丫?
我们来打个比方:我不敢从1层楼的高度向下跳,就从1米高跳到地面上,是释放能量还是吸收能量?
很明显,我们跳下来时重力势能会做工转化成动能,相对重力势能来说是减小了。
所以,我们需要再复习一遍能级理论:离原子核越远的电子轨道,其电子的能级越高。打个不恰当的比方:好比我离地球越远,那么重力势能就越大。
同时,由于不同的半导体和杂质,“自由电子”和“空穴”复合后产生的能量不同(禁带宽度不同),所以根据不同的半导体材料和杂质材料,LED可以发出不同颜色(发光频率)的光。
如下图所示是可见光的波长分布,人类的视觉范围在可见光区域,当然LED能够发出紫外、红外等更多波长的不可见光,同时这些光在各种不同领域中都有十分广泛的应用。