人造光源

發光二極體-歷史 〈LED-History〉

發光二極體-歷史 〈LED-History〉
高雄市立高雄高級中學三年級徐維澤/高雄市立高雄高級中學物理科盧政良老師修改/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

歷史 History
發現與發展 Discovery and development

二十世紀早期, Marconi實驗室的Henry Round首先注意到,半導體的接點可以發光。在1920年代中期,俄國的Oleg Vladimirovich Losev 獨立的發明的第一個發光二極體(LED),他的研究,即使廣佈於英國、德國、俄國的科學期刊,卻被忽視。1955年,美國無線電公司(the Radio Corporation of America)的Rubin Braunstein 指出砷化鎵 (GaAs)以及其他半導體合金能放出紅外線。1961年,德州儀器的實驗家 Bob Biard 以及 Gary Pittman發現砷化鎵 (GaAs),在施以電子流時,會釋放紅外光輻射。Biard和Pittman在成果上取得優先並取得紅外線LED的專利。1962年,通用電氣公司 (General Electric Company)而之後再依利諾大學香檳分校(the University of Illinois at Urbana-Champaign)的Nick Holonyak Jr. 開發出第一種實際應用的可見光LED,並且被視為「發光二極體之父」;而Holonyak的前研究生M. George Craford於1972年發明了第一個黃光的LED而且亮度是紅色或橘紅色LED的10倍。

鉻與紅寶石雷射(Chromium and Ruby Laser)

鉻與紅寶石雷射(Chromium and Ruby Laser)
國立台灣師範大學附屬高級中學物理科陳忠城老師/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

1797年發現 Chronium 鉻,就如同它名稱的由來一樣,鉻的化合物多具有鮮艷的色彩。鉻通常是形成3價和6價的離子價,在水溶液中以鉻離子(Cr3+)、鉻酸根離子(CrO42-)或重鉻酸根離子(Cr2O72-)的形態與各種金屬或分子結合。隨著鍵結形式的不同,從紅色到紫色幾乎可以顯現任何顏色,所以自古以來鉻化合物就作為各種顏料使用。即使雷射,鉻也是不可或缺的。

垂直共振腔面射型雷射(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser)

垂直共振腔面射型雷射(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser)
國立彰化師範大學光電科技研究所張淑貞碩士生/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

雷射根據其光學共振腔的不同可分為兩類,一為側射型雷射,另一則為面射型雷射。此光學共振腔的配置方式為將二平行的反射鏡和主動層平面平行擺放,由於反射鏡和異質接面平行,反射鏡不適合使用劈裂的方式形成,因此為直接使用磊晶成長的方式製作,此成長的反射鏡通常是由二種折射率差異大的材料成對搭配反覆循環成長,當成長的對數越多時,反射鏡的反射率就越高,此種反射鏡稱為布拉格反射鏡(distributed Bragg reflector, DBR),成長完下反射鏡後,才開始成長p-i-n雙異質結構形成主動層,接著再成長上反射鏡。

有機發光二極體 (Organic Light-Emitting Diodes)

有機發光二極體 (Organic Light-Emitting Diodes)
國立彰化師範大學光電科技研究所張淑貞碩士生/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

有機發光二極體(organic light-emitting diodes, OLED)中最簡單的構造就是將發光層(即有機材料)夾在兩個電極之間,像三明治形狀,而基板為與發光機制無關的玻璃,是用來當支撐的。此結構與發光二極體(Light-Emitting Diode, LED)的結構很像,LED一般結構為陽極n型半導體、活性層、p型半導體陰極。

照明光源(Light Source)

照明光源(Light Source)
國立彰化師範大學光電所賴柏仲碩士生/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

一般顯示器大多分為自體發光型或受光型兩種,電漿顯示器是屬於自體發光型顯示裝置,而液晶顯示器則是屬於受光型顯示裝置;受光型顯示裝置需要外部照明且大多在背面設有照明光源。當顯示器在顯示時通常必須選用可使顯示面亮度均一的面狀光源,而在顯示時也必須使用不會損害彩色性的白色面狀光源。

氦-氖雷射(He-Ne Laser)

氦-氖雷射(He-Ne Laser)
國立彰化師範大學光電科技研究所張淑貞研究生/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

考慮發光波長為632.8 nm紅光波段之He-Ne雷射。實際上受激發射機制主要為Ne原子,而He原子則是利用碰撞的方式來激發Ne原子。

Ne為一惰性氣體,其基態電子組態為1s22s22p6,如果忽略最接近的1s與2s副軌域,則可將Ne基態電子組態簡化成2p6。如果將2p軌域中的電子激發到5s軌域中,則激發態2p55s1的氖原子就成為具有較高的能量的原子;而氦原子也為一惰性氣體,因此同樣的,其基態的電子組態為1s2,當電子由1s軌域激發到2s軌域的時候,就形成有較高能量的1s12s1的氦原子。 氦氖雷射結構主要是將氦氖原子的混合氣體放在一個放電管中,此放電管的兩端為鏡面,作為受激發射的反射鏡以用來增強共振腔內的強度。

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