Ce cauzează oLEDsa devina albastru?
Iluminatul, afișajele și dispozitivele electronice moderne au fost complet transformate de diodele-emițătoare de lumină (LED-uri), care oferă eficiență energetică, durată de viață extinsă și versatilitate pe care becurile convenționale incandescente sau fluorescente nu le pot egala. Lumina albastră a devenit una dintre cele mai comune culori produse de LED-uri și alimentează totul, de la faruri cu LED-uri la ecrane pentru smartphone-uri până la echipamente medicale. Totuși, ce anume declanșează lumina albastră pe care o emite un LED? Materialele utilizate în fabricarea lor, deciziile tehnice deliberate și fizica de bază a funcționării LED-urilor dețin cheia soluției. Pentru a înțelege acest fenomen, trebuie mai întâi să disecăm procesul-de generare a luminii al LED-urilor și apoi să ne uităm la elementele particulare care fac ca ieșirea lor să se încline spre porțiunea albastră a spectrului electromagnetic.
În principiu, LED-urile sunt dispozitive semiconductoare care utilizează un proces cunoscut sub numele de electroluminiscență pentru a genera lumină. LED-urile produc lumină atunci când electronii și „găurile” (purtători de sarcină pozitivă) se recombină într-un material semiconductor, spre deosebire de becurile incandescente, care produc lumină prin încălzirea unui filament-un proces irositor care pierde cea mai mare parte a energiei sub formă de căldură. Acesta este modul în care funcționează: electronii din semiconductorul încărcat negativ „n-tip” traversează o joncțiune în semiconductorul „p-încărcat pozitiv atunci când LED-ului este furnizat un curent electric. Acești electroni eliberează energie sub formă de fotoni sau particule de lumină, pe măsură ce lovesc și umplu găurile din materialul de tip p-. Energia band gap a semiconductorului determină nuanța acestei lumini; cu cât banda interzisă este mai mare (diferența de energie dintre banda de valență a semiconductorului, care conține găuri și banda de conducție, care conține electroni), cu atât lungimea de undă a luminii care este eliberată este mai mică. LED-urile care creează lumină albastră au nevoie de semiconductori cu o bandă interzisă relativ largă, deoarece lumina albastră are o lungime de undă scurtă (450-495 nanometri). Factorul principal și cel mai important care influențează emisia de lumină albastră este acest atribut material.
Crearea de semiconductori bazate pe nitrură de galiu (GaN) și aliaje aferente, inclusiv nitrură de indiu galiu (InGaN), a fost progresul major în tehnologia LED albastru, care a fost recunoscut cu Premiul Nobel pentru Fizică în 2014. Deoarece materialele semiconductoare tipice (cum ar fi arseniura de galiu, care este folosită pentru LED-urile roșii și verzi) au o bandă interzisă prea mică pentru a produce lumină albastră cu lungime de undă scurtă-, oamenii de știință au avut dificultăți în dezvoltarea eficientă.LED-uri albastreînainte de anii 1990. Pe de altă parte, GaN are o bandă interzisă largă de aproximativ 3,4 electron volți (eV), care este exact energia necesară pentru a emite lumină ultravioletă (UV). Inginerii pot reduce intervalul de bandă prin încorporarea unor cantități mici de indiu în GaN pentru a crea InGaN. Acest lucru schimbă lumina de ieșire de la ultraviolet la albastru prin scăderea energiei band gap. De exemplu, lumina cu o lungime de undă de aproximativ 450 nm este emisă de un semiconductor InGaN cu o bandă interzisă de aproximativ 2,7 eV, ceea ce o face ideală pentru iluminarea albastră strălucitoare. Deoarece InGaN poate fi aliat pentru a regla banda interzisă, a devenit materialul standard pentru LED-urile albastre. LED-urile albastre (și LED-urile albe care depind de ele) nu ar fi posibile fără semiconductori bazați{10}}GaN.
Structura puțului cuantic a LED-ului este o altă componentă crucială care permite producerea de lumină albastră. Un strat subțire de semiconductor (de obicei InGaN) poziționat între două straturi mai groase ale altui semiconductor (de obicei GaN însuși) se numește puț cuantic. Electronii și găurile din interiorul stratului InGaN sunt restricționați sau „prinse”, într-un mod care își modifică nivelurile de energie, deoarece stratul este atât de subțire-de obicei, grosime de doar câțiva nanometri. Eficiența LED-ului este crescută de această limitare, ceea ce crește probabilitatea ca electronii și găurile să se recombine și să producă fotoni. Grosimea și compoziția puțului cuantic sunt atent reglementate pentru LED-urile albastre; un puț mai îngust sau o concentrație mai mare de indiu poate regla-lungimea de undă de emisie la intervalul albastru necesar. De exemplu, lumina se poate deplasa la 470 nm dintr-un godeu cuantic InGaN de 3-nanomi-grosime cu 20% conținut de indi și 460 nm dintr-un godeu de 5{-nanometri cu 15% indiu. LED-urile albastre sunt suficient de strălucitoare pentru aplicații practice, cum ar fi proiectoarele cu LED-uri de mare putere și luminile indicatoare pe electronice, datorită capacității puțurilor cuantice de a reduce recombinarea non-radiativă, care este pierderea de energie mai degrabă sub formă de căldură decât de lumină.
Lumina albastră poate fi, de asemenea, un rezultat neașteptat al LED-urilor, mai ales LED-urilor albe, chiar dacă multe LED-uri sunt create special pentru ao crea. Majoritatea LED-urilor albe folosesc o tehnică de „conversie a fosforului”, în care un cip LED albastru este acoperit cu un material fosfor galben (de obicei ceriu-granat ytriu aluminiu dopat sau YAG:Ce), deoarece lumina albă nu poate fi produsă direct de un singur semiconductor (deoarece necesită un amestec de lungimi de undă în spectrul vizibil). O parte din lumina albastră de la LED este absorbită și reemisă ca lumină galbenă atunci când lovește fosforul. Pentru vederea umană, lumina albastră rămasă apare ca lumină albă, deoarece se amestecă cu lumina galbenă. Nu toată lumina albastră este transformată, totuși, dacă stratul de fosfor este neuniform, excesiv de subțire sau de calitate scăzută. Acest lucru poate produce o strălucire „alb rece” sau „-albastru”, care este tipică pentru cele ieftine.becuri LEDsau corpuri vechi cu fosfor care s-au deteriorat în timp. Deoarece lumina albastră afectează generarea de melatonină, lumina albastră excesivă din LED-urile albe poate provoca ocazional oboseala ochilor sau poate interfera cu ritmurile circadiene. Acest lucru subliniază importanța designului adecvat al fosforului. Această lumină albastră neașteptată este cauzată de o integrare slabă a fosforului, mai degrabă decât de un defect în funcționalitatea fundamentală a LED-ului.
Deși nu „determină” LED-ul să creeze lumină albastră în primul rând, condițiile de mediu pot afecta, de asemenea, cât de intensă sau modul în care un LED pare să emită lumină albastră. Intervalul de bandă a semiconductorului se poate lărgi semnificativ atunci când LED-urile se încălzesc (o problemă comună în aplicațiile cu putere mare-), deplasând lungimea de undă de emisie către capătul roșu al spectrului. Acesta este un exemplu al modului în care temperatura influențează performanțele LED-urilor. Acest lucru ar putea duce la o mică modificare a lungimii de undă ptLED-uri albastrede la 450 nm la 455 nm, care este abia perceptibil cu ochiul liber, dar cuantificabil cu instrumente. Pe de altă parte, unele LED-uri-de înaltă performanță (cum ar fi cele găsite în proiectoare) au sisteme de răcire, deoarece rularea lor la temperaturi mai scăzute le poate îmbunătăți eficiența și emisia de lumină albastră. Densitatea curentului este un alt aspect. În timp ce luminozitatea unui LED albastru poate fi mărită prin creșterea curentului său electric, un curent excesiv poate duce la „scăderea eficienței” sau o scădere a ieșirii luminii per unitate de curent. Curentul excesiv în situații extreme poate dăuna structurii puțului cuantic, rezultând fie o defecțiune totală, fie o schimbare permanentă a culorii care include o emisie sporită de lumină albastră. Deși aceste condiții externe pot modifica performanța unui LED în timp, ele nu modifică capacitatea intrinsecă a LED-ului de a crea lumină albastră.
În concluzie, cele trei cauze principale ale emisiei de lumină albastră de la LED-uri sunt energia de bandă interzisă a materialului semiconductor, aplicarea aliajelor pe bază de GaN-(cum ar fi InGaN) care permit lumină cu lungime de undă scurtă-și structura puțului cuantic care îmbunătățește eficiența și ajustează lungimea de undă de emisie. În timp ce lumina albastră nedorită (ca în cazul anumitor LED-uri albe) rezultă din probleme legate de fosfor-, LED-urile albastre proiectate intenționat folosesc principii similare pentru a oferi lumină albastră strălucitoare și eficientă pentru anumite aplicații. Deși pot avea un impact asupra performanței, condițiile de mediu precum temperatura și curentul nu schimbă mecanismul fundamental al emisiei de lumină albastră. Cunoașterea acestor motive nu numai că clarifică existențaLED-uri albastredar atrage atenția și asupra progreselor inginerești care le-au permis, progrese care încă propulsează iluminatul, afișajele și energia regenerabilă. Cercetătorii caută noi materiale (cum ar fi nitrura de aluminiu de galiu pentru lumină albastră mai profundă sau UV) și proiecte pentru a crește eficiențaLED-uri albastrepe măsură ce tehnologia LED avansează. Acest lucru ar putea duce la noi aplicații în terapia medicală, purificarea apei și afișajele de -generație următoare.
Întrebări frecvente
Î1. Cum pot obține aceste mostre?
A1: Bună, ușor pentru asta. dați-mi adresa dvs. și spuneți-mi ce articol aveți nevoie, vom aranja să vă fie trimis prin DHL sau FedEx.
Q2: Ce zici de calitatea ta?
A2: Toată materia primă de calitate superioară pentru a asigura o luminozitate ridicată și suficientă luminozitate.
Q3: Dar timpul de livrare?
A3: Eșantionul are nevoie de 3-5 zile, timpul de producție în masă are nevoie de 25-40 de zile după primirea depozitului
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
