Co způsobuje anLEDzmodrat?
Moderní osvětlení, displeje a elektronika byly zcela transformovány pomocí světelných-diod (LED), které poskytují energetickou účinnost, prodlouženou životnost a všestrannost, které se konvenční žárovky nebo zářivky nemohou rovnat. Modré světlo se ukázalo jako jedna z nejběžnějších barev produkovaných LED diodami a pohání vše od LED světlometů přes obrazovky smartphonů až po lékařské vybavení. Co však konkrétně spouští modré světlo, které LED vyzařuje? Klíčem k řešení jsou materiály použité při jejich výrobě, záměrná technická rozhodnutí a základní fyzika provozu LED. Abychom tomuto jevu porozuměli, musíme nejprve rozebrat proces generování světla- LED a poté se podívat na konkrétní prvky, které způsobují, že se jejich výstup naklání k modré části elektromagnetického spektra.
LED diody jsou v zásadě polovodičová zařízení, která k generování světla využívají proces známý jako elektroluminiscence. LED diody produkují světlo, když se elektrony a „díry“ (kladné nosiče náboje) rekombinují v polovodičovém materiálu, na rozdíl od žárovek, které produkují světlo zahříváním vlákna-, což je plýtvání procesem, který ztrácí většinu energie ve formě tepla. Funguje to takto: Elektrony ze záporně nabitého polovodiče „n-typu“ procházejí přechodem do kladně nabitého polovodiče „p-typu“, když je LED přiváděn elektrický proud. Tyto elektrony uvolňují energii ve formě fotonů nebo částic světla, když dopadají a vyplňují díry v materiálu typu p-. Energie zakázaného pásma polovodiče určuje odstín tohoto světla; čím větší je zakázané pásmo (rozdíl energie mezi valenčním pásmem polovodiče, který obsahuje díry, a pásmem vodivosti, který obsahuje elektrony), tím kratší je vlnová délka světla, které se uvolňuje. LED diody, které vytvářejí modré světlo, potřebují polovodiče s relativně širokým pásmem, protože modré světlo má krátkou vlnovou délku (450–495 nanometrů). Primárním a nejdůležitějším faktorem ovlivňujícím emisi modrého světla je tento materiálový atribut.
Vytvoření polovodičů na bázi nitridu galia (GaN) a příbuzných slitin, včetně nitridu india a galia (InGaN), bylo hlavním pokrokem v technologii modrých LED, který byl oceněn Nobelovou cenou za fyziku za rok 2014. Vzhledem k tomu, že typické polovodičové materiály (jako je arsenid galia, který se používá pro červené a zelené LED) mají příliš malou mezeru v pásmu na to, aby produkovaly modré světlo s krátkou vlnovou délkou, měli vědci potíže s vývojem účinnémodré LED diodypřed devadesátými léty. Na druhou stranu má GaN široký pásmový rozdíl zhruba 3,4 elektronvoltů (eV), což je přesně energie potřebná k vyzařování ultrafialového (UV) světla. Inženýři mohou snížit pásmovou mezeru začleněním malých množství india do GaN a vytvořit InGaN. To posouvá výstupní světlo z ultrafialového na modré snížením energie zakázaného pásu. Například světlo s vlnovou délkou asi 450 nm je vyzařováno polovodičem InGaN s zakázaným pásmem asi 2,7 eV, což je ideální pro brilantní modré osvětlení. Vzhledem k tomu, že InGaN lze legovat pro úpravu zakázaného pásma, stal se standardním materiálem pro modré LED. Modré LED diody (a bílé LED diody, které na nich závisí) by nebyly možné bez polovodičů na bázi GaN{10}}.
Struktura kvantové studny LED je další klíčovou součástí, která umožňuje produkci modrého světla. Tenká vrstva polovodiče (obvykle InGaN) umístěná mezi dvěma silnějšími vrstvami jiného polovodiče (obvykle GaN samotného) se nazývá kvantová studna. Elektrony a díry uvnitř vrstvy InGaN jsou omezeny nebo „uvězněny“ způsobem, který mění jejich energetické úrovně, protože vrstva je tak tenká-, typicky jen několik nanometrů tlustá. Účinnost LED se tímto omezením zvyšuje, což zvyšuje pravděpodobnost, že se elektrony a díry rekombinují a vytvoří fotony. Tloušťka a složení kvantové studny jsou pečlivě regulovány pro modré LED; užší jamka nebo větší koncentrace india mohou jemně-vyladit vlnovou délku emise na požadovaný modrý rozsah. Světlo se například může posunout na 470 nm z 3-nanometrů-tloušťky kvantové studny InGaN s 20% obsahem india a 460 nm z 5-nanometrové studny s 15% india. Modré LED diody jsou dostatečně jasné pro praktické aplikace, jako jsou vysoce výkonné LED světlomety a indikátory na elektronice, díky schopnosti kvantových vrtů snižovat neradiační rekombinaci, což je ztráta energie ve formě tepla spíše než světla.
Modré světlo může být také neočekávaným výsledkem LED, zejména bílých LED, i když mnoho LED je vyrobeno speciálně pro jeho vytvoření. Většina bílých LED využívá techniku „fosforové konverze“, při které je modrý LED čip potažen žlutým fosforovým materiálem (typicky cerem-dopovaným yttriovým hliníkovým granátem nebo YAG:Ce), protože bílé světlo nemůže být přímo produkováno jedním polovodičem (protože vyžaduje kombinaci vlnových délek ve viditelném spektru). Část modrého světla z LED je absorbována a vyzařována zpět jako žluté světlo, když dopadne na fosfor. Pro lidský zrak se zbývající modré světlo jeví jako bílé světlo, protože se mísí se žlutým světlem. Ne všechno modré světlo se však transformuje, pokud je fosforový povlak nerovnoměrný, příliš tenký nebo má nízkou kvalitu. To může produkovat „studenou bílou“ nebo „modrou-tónovanou“ záři, která je typická pro levnéLED žárovkynebo stará svítidla s fosforem, který se časem zhoršil. Protože modré světlo ovlivňuje tvorbu melatoninu, nadměrné modré světlo z bílých LED může příležitostně vyvolat únavu očí nebo narušit cirkadiánní rytmy. To zdůrazňuje význam vhodného fosforového designu. Toto neočekávané modré světlo je způsobeno spíše špatnou integrací fosforu než vadou v základní funkčnosti LED.
Ačkoli „nezpůsobí“ LED, aby vytvářela modré světlo, mohou podmínky prostředí také ovlivnit, jak intenzivní nebo jak se zdá, že LED vyzařuje modré světlo. Pásmová mezera polovodiče se může výrazně rozšířit, když se diody LED zahřejí (běžný problém u aplikací s vysokým{1}}výkonem), čímž se vlnová délka emise posune směrem k červenému konci spektra. Toto je jeden příklad toho, jak teplota ovlivňuje výkon LED. To by mohlo mít za následek malou změnu vlnové délky promodré LED diodyod 450 nm do 455 nm, která je sotva postřehnutelná pouhým okem, ale kvantifikovatelná přístroji. Na druhou stranu některé-výkonné LED diody (například ty, které se nacházejí v projektorech) mají chladicí systémy, protože jejich provoz při nižších teplotách může zlepšit jejich účinnost a výkon modrého světla. Dalším faktorem je proudová hustota. Zatímco jas modré LED lze zvýšit zvýšením elektrického proudu, nadměrný proud může mít za následek „pokles účinnosti“ nebo snížení světelného výkonu na jednotku proudu. Nadměrný proud v extrémních situacích může poškodit strukturu kvantové studny, což má za následek buď úplné selhání, nebo trvalý barevný posun, který zahrnuje zvýšenou emisi modrého světla. Ačkoli tyto vnější podmínky mohou časem změnit výkon LED, nemění vnitřní kapacitu LED vytvářet modré světlo.
Závěrem lze říci, že tři hlavní příčiny vyzařování modrého světla z LED jsou energie zakázaného pásma polovodičového materiálu, použití slitin na bázi GaN{0}} (jako je InGaN), které umožňují světlo s krátkou{1}}vlnnou délkou, a struktura kvantové studny, která zlepšuje účinnost a upravuje vlnovou délku emise. Zatímco nežádoucí modré světlo (jako u některých bílých LED) je důsledkem problémů souvisejících s fosforem, záměrně navržené modré LED využívají podobné principy k poskytování brilantního a účinného modrého světla pro konkrétní aplikace. Ačkoli mohou mít vliv na výkon, podmínky prostředí, jako je teplota a proud, nemění základní mechanismus vyzařování modrého světla. Znalost těchto důvodů nejen objasňuje existencimodré LED diodyale také upozorňuje na technický pokrok, který je umožnil, pokrok, který stále pohání osvětlení, displeje a obnovitelné zdroje energie vpřed. Výzkumníci hledají nové materiály (jako je nitrid hliníku a galia pro hlubší modré nebo UV světlo) a návrhy ke zvýšení účinnostimodré LED diodyjak se technologie LED rozvíjí. To by mohlo vést k novým aplikacím v lékařské terapii, čištění vody a displejích nové{1}}generace.
Nejčastější dotazy
Q1. Jak mohu získat tyto vzorky?
A1: Ahoj, je to snadné. Dejte mi svou adresu a řekněte mi, kterou položku potřebujete, zařídíme, aby vám byla zaslána společností DHL nebo FedEx.
Q2: A co vaše kvalita?
A2: Všechny suroviny s nejvyšší kvalitou pro zajištění vysoké světelnosti a dostatečného jasu.
Q3: A co dodací lhůta?
A3: Vzorek potřebuje 3-5 dní, čas sériové výroby potřebuje 25-40 dní po obdržení zálohy
Shenzhen Benwei Lighting Technology Co., Ltd
Telefon: +86 0755 27186329
Mobil (+86)18673599565
Whatsapp: 19113306783
E-mail:bwzm15@benweilighting.com
Skype:benweilight88
Web: www.benweilight.com
