Hva forårsaker enLEDå bli blå?
Moderne belysning, skjermer og elektronikk har blitt fullstendig transformert av-lysdioder (LED), som gir energieffektivitet, forlenget levetid og allsidighet som konvensjonelle gløde- eller lysrørspærer ikke kan matche. Blått lys har dukket opp som en av de vanligste fargene produsert av LED, og det driver alt fra LED-frontlykter til smarttelefonskjermer til til og med medisinsk utstyr. Men hva er det som utløser det blå lyset som en LED sender ut? Materialene som brukes i produksjonen, bevisste tekniske beslutninger og den grunnleggende fysikken i LED-drift er nøkkelen til løsningen. For å forstå dette fenomenet, må vi først dissekere den lysgenererende prosessen til LED-er og deretter se på de spesielle elementene som får utgangen deres til å lene seg mot den blå delen av det elektromagnetiske spekteret.
I utgangspunktet er LED-er halvlederenheter som bruker en prosess kjent som elektroluminescens for å generere lys. LED produserer lys når elektroner og "hull" (positive ladningsbærere) rekombineres i et halvledermateriale, i motsetning til glødepærer, som produserer lys ved å varme opp et glødetråd-en sløsende prosess som mister mesteparten av energien som varme. Slik fungerer det: Elektroner fra den negativt ladede halvlederen "n-type" krysser et kryss inn i den positivt ladede halvlederen av "p-type" når en elektrisk strøm tilføres lysdioden. Disse elektronene frigjør energi i form av fotoner, eller partikler av lys, når de treffer og fyller hullene i materialet av p-type. Halvlederens båndgapenergi bestemmer fargen til dette lyset; jo større båndgapet er (energiforskjellen mellom halvlederens valensbånd, som inneholder hull, og ledningsbåndet, som inneholder elektroner), jo kortere er bølgelengden til lyset som frigjøres. Lysdioder som skaper blått lys trenger halvledere med et relativt bredt båndgap fordi blått lys har en kort bølgelengde (450–495 nanometer). Den primære og viktigste faktoren som påvirker emisjonen av blått lys er denne materielle egenskapen.
Opprettelsen av halvledere basert på galliumnitrid (GaN) og relaterte legeringer, inkludert indiumgalliumnitrid (InGaN), var det store fremskrittet innen blå LED-teknologi, som ble anerkjent med Nobelprisen i fysikk i 2014. Fordi typiske halvledermaterialer (som galliumarsenid, som brukes til røde og grønne lysdioder) har for lite båndgap til å produsere blått lys med kort-bølgelengde, hadde forskerne problemer med å utvikle effektiveblå lysdioderfør 1990-tallet. På den annen side har GaN et bredt båndgap på omtrent 3,4 elektronvolt (eV), som er nøyaktig energien som kreves for å sende ut ultrafiolett (UV) lys. Ingeniører kan redusere båndgapet ved å inkorporere små mengder indium i GaN for å lage InGaN. Dette skifter utgangslyset fra ultrafiolett til blått ved å senke båndgapenergien. For eksempel sendes lys med en bølgelengde på omtrent 450 nm ut av en InGaN-halvleder med et båndgap på omtrent 2,7 eV, noe som gjør den ideell for strålende blå belysning. Fordi InGaN kan legeres for å justere båndgapet, har det blitt standardmaterialet for blå lysdioder. Blå lysdioder (og de hvite lysdiodene som er avhengige av dem) ville ikke vært mulig uten GaN{10}}baserte halvledere.
LEDs kvantebrønnstruktur er en annen viktig komponent som tillater produksjon av blått lys. Et tynt lag med halvleder (vanligvis InGaN) plassert mellom to tykkere lag av en annen halvleder (vanligvis selve GaN) kalles en kvantebrønn. Elektronene og hullene inne i InGaN-laget er begrenset, eller "fanget", på en måte som endrer energinivåene deres fordi laget er så tynt -vanligvis bare noen få nanometer tykt. Effektiviteten til LED økes av denne inneslutningen, noe som øker sannsynligheten for at elektroner og hull rekombinerer og produserer fotoner. Tykkelsen og sammensetningen av kvantebrønnen er nøye regulert for blå lysdioder; en smalere brønn eller en større indiumkonsentrasjon kan finjustere-emisjonsbølgelengden til det nødvendige blå området. For eksempel kan lys skifte til 470 nm fra en 3-nanometer-tykk InGaN kvantebrønn med 20 % indiuminnhold og 460 nm fra en 5-nanometerbrønn med 15 % indium. Blå lysdioder er tilstrekkelig lyse for praktiske bruksområder, som høyeffekts LED-flomlys og indikatorlys på elektronikk, takket være kvantebrønners evne til å redusere ikke-strålingsrekombinasjon, som er tap av energi som varme i stedet for lys.
Blått lys kan også være et uventet resultat av lysdioder, spesielt hvite lysdioder, selv om mange lysdioder er laget spesielt for å lage det. De fleste hvite LED-er bruker en "fosforkonverteringsteknikk", der en blå LED-brikke er belagt med et gult fosformateriale (typisk cerium-dopet yttriumaluminiumgranat, eller YAG:Ce), siden hvitt lys ikke kan produseres direkte av en enkelt halvleder (siden det krever en blanding av bølgelengder over det synlige). En del av det blå lyset fra LED-en absorberes og sendes ut igjen som gult lys når det treffer fosforet. For det menneskelige synet fremstår det gjenværende blå lyset som hvitt lys fordi det blander seg med det gule lyset. Ikke alt blått lys forvandles imidlertid hvis fosforbelegget er ujevnt, for tynt eller av lav kvalitet. Dette kan gi en "kjølig hvit" eller "blå-tonet" glød, som er typisk for billigLED-pærereller gamle armaturer med fosfor som har blitt dårligere over tid. Fordi blått lys påvirker genereringen av melatonin, kan overdreven blått lys fra hvite lysdioder av og til indusere øyeanstrengelser eller forstyrre døgnrytmer. Dette understreker betydningen av passende fosfordesign. Dette uventede blå lyset er forårsaket av dårlig fosforintegrasjon snarere enn en defekt i LED-ens grunnleggende funksjonalitet.
Selv om de ikke "får" lysdioden til å lage blått lys i utgangspunktet, kan miljøforhold også påvirke hvor intens eller hvordan en lysdiode ser ut til å avgi blått lys. Båndgapet til halvlederen kan utvides betydelig når LED-er varmes opp (et vanlig problem i høy-effektapplikasjoner), og flytter emisjonsbølgelengden mot den røde enden av spekteret. Dette er ett eksempel på hvordan temperatur påvirker LED-ytelsen. Dette kan resultere i en liten endring i bølgelengde forblå lysdioderfra 450 nm til 455 nm, som knapt er synlig for det blotte øye, men kvantifiserbar med instrumenter. På den annen side har noen høyytelses-LED-er (slik som de som finnes i projektorer) kjølesystemer siden å kjøre dem ved lavere temperaturer kan forbedre effektiviteten og utgangen av blått lys. Strømtetthet er en annen vurdering. Mens en blå LEDs lysstyrke kan økes ved å øke den elektriske strømmen, kan en overdreven strøm resultere i "effektivitetsfall" eller en reduksjon i lyseffekt per strømenhet. Overdreven strøm i ekstreme situasjoner kan skade strukturen til kvantebrønnen, noe som resulterer i enten total svikt eller et permanent fargeskifte som inkluderer økt emisjon av blått lys. Selv om disse ytre forholdene kan endre en LEDs ytelse over tid, endrer de ikke LEDens iboende kapasitet til å skape blått lys.
Avslutningsvis er de tre hovedårsakene til emisjon av blått lys fra LED-er halvledermaterialets båndgapenergi, bruken av GaN-baserte legeringer (som InGaN) som tillater kort-bølgelengdelys, og kvantebrønnstrukturen som forbedrer effektiviteten og justerer emisjonsbølgelengden. Mens uønsket blått lys (som i visse hvite lysdioder) skyldes fosfor-relaterte problemer, bruker bevisst utformede blå lysdioder lignende prinsipper for å gi strålende, effektivt blått lys for spesielle bruksområder. Selv om de kan ha en innvirkning på ytelsen, endrer ikke miljøforhold som temperatur og strøm den grunnleggende mekanismen for emisjon av blått lys. Å kjenne disse årsakene avklarer ikke bare eksistensen avblå lysdiodermen trekker også oppmerksomheten mot de tekniske fremskrittene som gjorde dem mulig, fremskritt som fortsatt driver belysning, skjermer og fornybar energi fremover. Forskere ser på nye materialer (som aluminium galliumnitrid for dypere blått eller UV-lys) og design for å øke effektiviteten tilblå lysdioderetter hvert som LED-teknologien utvikler seg. Dette kan føre til nye bruksområder innen medisinsk terapi, vannrensing og neste{1}}generasjons skjermer.
Vanlige spørsmål
Q1. Hvordan kan jeg få disse prøvene?
A1: Hei, enkelt for dette. Gi meg adressen din og fortell meg hvilken vare du trenger, vi vil ordne sendt til deg med DHL eller FedEx.
Q2: Hva med kvaliteten din?
A2: Alt råmateriale med topp kvalitet for å sikre høy lysstyrke og nok lysstyrke.
Q3: Hva med ledetiden?
A3: Prøven trenger 3-5 dager, masseproduksjonstiden trenger 25-40 dager etter mottak av innskuddet
Shenzhen Benwei Lighting Technology Co.,Ltd
Telefon: +86 0755 27186329
Mobil (+86)18673599565
Whatsapp: 19113306783
E-post:bwzm15@benweilighting.com
Skype:benweilight88
Internett: www.benweilight.com
