最近,2014年的诺贝尔物理学奖花落日本,其获奖的项目就是蓝光LED的发明。什么是LED呢?简单地说就是发光二极管,在很多电视机的遥控器上就有这个红色的一闪一闪的小LED灯,在浙江与广东有很多 *** LED的家庭作坊,它们制造了大量的LED,然后拿到浙江义乌的小商品市场以极其低廉的价格出售到全球各地,可以说,LED是一个巨大的产业。
蓝光LED与其他的LED稍微有些不同,在于它的材料的特殊性:一般的LED用的材料是砷化镓,蓝光LED用的是氮化镓。氮化镓是一种十分难做出来的半导体材料。蓝光LED发出的光的波长大约是440纳米,这是一种蓝色的光。
LED为什么会发亮?这与半导体行业的一个基本概念有关,那就是空穴。空穴相当于一个坑,电子掉到这个坑里以后,会放出能量,这就是发光的原理——电子就好像是一辆汽车,开到了一个水坑里,会溅起水花——这个水花就是发出的光。半导体内都有空穴,但是这些空穴的深浅不一样,导致能发射出来的光的能量(颜色)也不一样。
那么,LED发光强度与什么因素有关呢?这与半导体材料的光学折射率有关,因为一般的半导体材料的折射率接近4,这是非常大的,要知道,空气的折射率仅为1。所以,当电子掉进坑里发出光来以后,光在半导体材料内能顺畅传播,但它要想传播到空气中,真的非常困难,因为会发生全反射——就是说光不能从半导体材料折射到空气中继续传播,全部折回去了。这与海市蜃楼的原理差不多。半导体内发的光传播不出来,这就是最初蓝光LED的亮度很暗淡的原因。
后来,日本中村修二等人改进了半导体材料,降低了材料的折射率,使得光可以射出来了,而且亮度很高,这就是蓝光LED的亮度得以提高的关键。
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