《光的技術,亮的關鍵》——LED 結構與發光原理全面解析

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《光的技術,亮的關鍵》——LED 結構與發光原理全面解析

規格介紹:

LED(發光二極體)是現代照明技術的主流,因其具備高效節能、壽命長、體積小等特性,被廣泛應用於家居、工業、車用與戶外照明等各領域。本文將帶您從結構與原理開始,深入理解LED的工作方式,並了解其相較於傳統光源的優勢與演進歷程。

詳細介紹:
燈具發光的秘密,就藏在這顆小小的燈珠裡!

你可能每天都在用LED燈,
但你真的認識過它嗎?

你可能早就習慣了LED燈的存在,從家中燈泡到戶外路燈,從電視背光到汽車車燈,LED 幾乎無所不在,每天都在使用,但你是否真正認識過這顆小小燈珠的內部構造?

LED 融合了電子、材料、光學等多項科技成果,是現代照明科技中最核心的元件之一。那麼它到底是如何發光?內部又是怎麼設計的?讓我們從結構與原理開始,一步步了解 LED 的真正實力。

LED 是什麼?簡單認識發光二極體

LED,全名為 Light Emitting Diode,中文稱為發光二極體,是一種可以將電能轉換為光能的半導體元件。當電流通過時,內部的電子與電洞在 PN 接面上重新結合,釋放能量並發出光子,這就是 LED 發光的基本原理。

與傳統光源的差異:

  • 🔹傳統白熾燈:靠加熱鎢絲產生白熾光,能耗高、壽命短。

  • 🔹螢光燈:利用氣體放電與螢光粉發光,結構複雜、壽命有限。

  • 🔹LED:透過半導體直接發光,能耗低、壽命長、尺寸可縮小、響應快、可調光。

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圖片來源:軒豊

🔍 小補充:誰發明了 LED? LED 的概念最早由英國工程師 H.J. Round 在 1907 年提出,他觀察到碳化矽在通電下會發光。直到 1962 年,美國工程師 Nick Holonyak Jr. 發明了第一顆紅光 LED,被譽為「LED 之父」。後來日本科學家中村修二成功研發藍光 LED,並促成白光 LED 誕生,使 LED 正式走入照明市場,也因此獲得 2014 年諾貝爾物理獎。

LED 是怎麼發光的?發光原理完整解析

          • LED 為什麼會發光?其實可以簡單想像成「電流經過半導體時,產生了能量,而這能量變成了光」。

          • 簡化原理這樣看:

          LED 是由一塊特殊的半導體組成,內部有兩層不同性質的材料,稱為 P 型與 N 型,形成所謂的 PN 接面當電流通過時,電子從一邊流向另一邊,並與「電洞」結合,這個過程會釋放能量。被釋放出來的能量,會以「光」的形式呈現。

        •  

          你可以將 LED 的發光過程,想像成一座「能量階梯」。當電壓加上去時,電子被推動越過這道階梯,從高能階跳落至低能階,這時便釋放出一個光子,也就是我們看到的光。這個「跳躍」的高度,也決定了光的顏色——越高的能差,對應的光波長越短、光色越偏藍;越低的能差則偏紅。

    • 那光的顏色怎麼決定?

      • 是由半導體材料的特性決定的,每種材料有不同的「能隙」,能隙越大,產生的光波長越短(例如藍光)。

        • 藍光材料:氮化鎵(GaN)

        • 紅光材料:磷化鋁鎵(AlGaP)

      若要產生白光,則會在藍光 LED 上加上一層黃色螢光粉,混合後就變成我們常見的白光照明。

    LED 的結構大解析:每一層都不簡單

      • 一顆 LED 看似小巧,但內部結構精密。主要組成包含:

      • ✔️發光晶片(芯片):核心元件,負責發出光線,決定發光波長與效率。

      • ✔️電極與導線:讓電流進出晶片,常見有金線或銅線封裝方式。

      • ✔️螢光粉層:調整光色,讓原本單色光轉為白光或其他色溫。

      • ✔️透鏡與封裝膠體:保護晶片,同時幫助導光與控制配光角度。

      • ✔️散熱基板:幫助 LED 快速將熱傳導出去,避免光衰或損壞。

    為什麼散熱這麼重要? LED 雖然效率高,但仍會產生熱。若熱量無法有效散出,將影響壽命與發光效率。因此高品質 LED 通常會搭配鋁基板或陶瓷散熱結構來提升效能。

      螢幕擷取畫面 2025-07-02 135304.jpg
      圖片來源:軒豊

      🔦 LED 的出現,帶來哪些重大突破?

      1. 改寫照明能源效率標準

      LED 的高發光效率,讓同樣亮度下所需耗能大幅降低,直接改寫了照明的「節能」定義。相較白熾燈省電約 80%,大幅降低建築、城市、工業的能源支出。

      2. 延長使用壽命,降低維護成本

      LED 的壽命遠超傳統燈泡,從過去的 1,000 小時提升至 25,000–50,000 小時以上, 為公共設施、商業空間與家用照明都節省了大量更換與維護人力。

      3. 照明不再只是亮,更能「被控制」

      LED 可快速調光、調色溫、搭配感應器與智慧系統,讓照明真正進入「智能化」時代。這在智慧城市、IoT、節能建築中扮演關鍵角色。

      4. 照明設計更自由,產品形態更多元

      LED 體積小、散熱效率高、可模組化設計,讓燈具外型跳脫傳統框架,也更能整合於建築、傢俱、車用與電子產品之中。

      5. 邁向全光譜與人因照明新時代

      隨著全光譜與高演色性 LED 技術進步,照明不再只是「看到」,更開始關注「看得舒服、健康」的光。LED 為人因照明(Human-Centric Lighting)鋪路,也促進室內空間品質革命。

      LED 是一項持續演進的技術,不僅改變了我們對照明的想像,也持續在節能、智慧化與高效能的路上不斷前進。透過深入理解 LED 的結構與發光原理,我們能更精準地選擇適合的產品,並掌握未來照明技術的發展方向。

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      圖片來源:freepik


      軒豊專注於提供高品質、高防護性能的照明燈具,適用於多種場景,包括室內、戶外及特殊環境。我們的燈具不僅符合嚴格的 IP 標準,還具備節能、耐用等優勢,助您實現高效照明與可持續發展。

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      作者:JANE
      發布日期:2025/07/02

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