Почему отдельные светодиоды не могут излучать белый свет напрямую?

Белый свет не имеет единой частоты, это смесь всех цветов. Точно так же розовый не имеет единой частоты, это смесь красного с белым, то есть белого с дополнительным красным.

Если цвет не появляется в цветовом спектре (радуга), то это не одна частота, а смесь разных частот.

В светодиоде свет создается электроном, переходящим из возбужденного состояния в расслабленное энергетическое состояние, которое излучает свет с заданной энергией (частотой), однако весь свет будет одного цвета из-за ширины запрещенной зоны (разности энергий). будет одинаковым для всех электронов.

Можно (см. здесь ) поставить на одну микросхему три разных светодиода, соответствующих Красному, Зеленому и Синему. Это создает эффект белого света. Но он не совсем белый, так как содержит только красный, зеленый и синий, а не оранжево-желтый или фиолетово-фиолетовый.

Экран вашего компьютера не может воспроизводить настоящий белый цвет по той же причине. Если вы видите желтый цвет на экране вашего компьютера, это не свет желтой частоты, а только правильное количество красного, зеленого и синего, чтобы убедить нервы ваших глаз сработать так же, как если бы это была настоящая желтая частота.

По своей сути светодиод представляет собой диод, изготовленный из полупроводниковых материалов. Для данного материала (или смеси материалов в заданном соотношении) существует фиксированная ширина запрещенной зоны, поэтому доступны только определенные энергетические состояния. Это означает, что могут генерироваться только определенные длины волн света, поскольку длина волны зависит от энергии фотона.
Теоретически, если бы вы могли разработать какой-нибудь диод с тремя различными ширинами запрещенной зоны, вы могли бы, возможно, получить красный, зеленый и синий выходной сигнал, чтобы получить видимый белый свет. На практике я сомневаюсь, что это достижимо. Вы можете построить плотно упакованные кластеры RGB-диодов — представьте себе светодиодные телевизоры — но я считаю, что цветовая температура и эффективность конструкции светодиод + люминофор намного лучше для общего освещения.

На самом деле, есть тип светодиода, который излучает белый свет напрямую. Он был разработан на заре разработки синих светодиодов (середина 1980-х) и состоял из диода с пробоем стабилитрона и синей линзы. Пробой диода производит, за неимением лучшего слова, световой шум (белый шум = белый свет). Я сомневаюсь, что белые светодиоды такого типа доступны сегодня просто потому, что они слишком дороги и потребляют слишком много энергии. Во включенном состоянии они имеют прямое напряжение около 7 вольт (напряжение пробоя) и имеют «обратное» напряжение пробоя около 0,6 вольт (диод со смещением в прямом направлении).

Если мы определим «чистый белый свет» как комбинацию всех частот видимого спектра, то возможность его генерации одним диодом практически равна нулю. Если мы определим «белый свет» как комбинацию 3 частот (красного, зеленого и синего), то мы можем генерировать его с помощью 3 маленьких и «близко расположенных» светодиодов соответствующего цвета и количества. Я буду называть этот метод «параллельным» методом генерации. Теоретически должна быть возможность создать диод с 3 разными (но подходящими) областями пробоя, расположенными «поверх» друг друга (последовательный метод), для достижения того же результата. Но независимо от используемого метода минимальное количество различных частот, необходимых для получения «белого света»,

Таким образом, белый свет требует как минимум 3 различных частот, данная область пробоя диода может производить только одну частоту, поэтому белый свет не может быть произведен одной областью пробоя (одним светодиодом)!

Забавный факт: если вы перегрузите светодиод, он начнет нагреваться и, возможно, светиться, создавая спектр абсолютно черного тела = планковский спектр. Поднимите мощность до достаточно высокой, и он будет ярко светиться, т.е. будет производить прямой белый спектр. Не трогайте его, и помните, что светодиод будет уничтожен в процессе ;) (Эй, это ведь форум по физике ;))