Причудливая наука о производстве света
Если мы хотим понять науку о том, как светодиоды производят свет, мы сначала должны понять кое-что довольно странное об электронах. Электроны не могут делать то, что кажется очень простым - иметь «запрещенные» количества энергии.
Если рассматривать его как целые числа, электроны могут находиться на уровнях энергии 1, 2, 3, но никогда, ни при каких обстоятельствах на уровнях 1,1, 2,4 или 3000000001. С точки зрения физики энергия квантуется (отсюда и квантовая механика).
Итак, почему электрон не может занимать уровни энергии между этими заданными величинами? Наука не дала полного ответа на этот вопрос, но он имеет отношение к волновой природе электронов - есть определенные места, в которых волновой аспект электронов просто не желает находиться.
Эта причудливая реальность электронов приводит к двум странным результатам, когда электроны меняют уровни энергии. Во-первых, электрон «туннелирует» и мгновенно перемещается с одного энергетического уровня на другой, никогда не занимая промежуточное пространство. Во-вторых, электрон излучает или поглощает фотон света.
Фотоны во многих отношениях являются энергетической валютой Вселенной. Если бы электрон поглотил фотон, он перешел бы в энергетическое состояние, эквивалентное энергии фотона. Электроны также могут испускать фотоны и опускаться на уровень энергии, равный энергии фотонов.
Этот процесс получения света происходит чаще, чем вы думаете. Всякая материя излучает свет. Фактически, вы прямо сейчас излучаете свет. Воистину. Вы светитесь. Однако этот свет находится ниже видимого спектра и покидает ваше тело в виде инфракрасного излучения.
Лампы накаливания, флуоресцентные лампы, HID и светодиоды
Однако светодиоды работают по-другому. Подобно тому, как производится свет, когда электрон переходит из состояния с высокой энергией в состояние с низкой энергией внутри одной молекулы, светодиоды позволяют производить свет, когда электрон переходит из состояния с высокой энергией в одном атоме в состояние с более низкой энергией. состояние на другой молекуле.
Светодиоды состоят из двух слоев электропроводящих кристаллов, имеющих несколько разную структуру. Один из этих слоев называется n-типом; «n» означает, что он отрицательный и является стороной, которая является источником электронов. Сторона p-типа - это сторона, которая является «положительной» и принимает электроны в «дырки» с более низкой энергией. Когда электричество проходит через эти два слоя, электроны переходят в энергетическое состояние и тем самым высвобождают фотоны света.
Поистине потрясающе, не правда ли ?!