Hvad forårsager enLEDat blive blå?
Moderne belysning, skærme og elektronik er blevet fuldstændig transformeret af-lysemitterende dioder (LED'er), som giver energieffektivitet, forlænget levetid og alsidighed, som konventionelle glødepærer eller fluorescerende pærer ikke kan matche. Blåt lys er dukket op som en af de mest almindelige farver produceret af LED'er, og det driver alt fra LED-forlygter til smartphone-skærme til endda medicinsk udstyr. Men hvad udløser specifikt det blå lys, som en LED udsender? De anvendte materialer i deres fremstilling, bevidste tekniske beslutninger og den grundlæggende fysik i LED-drift er alle nøglen til løsningen. For at forstå dette fænomen skal vi først dissekere den lysgenererende proces- af LED'er og derefter se på de særlige elementer, der får deres output til at læne sig mod den blå del af det elektromagnetiske spektrum.
Grundlæggende er LED'er halvlederenheder, der bruger en proces kendt som elektroluminescens til at generere lys. LED'er producerer lys, når elektroner og "huller" (positive ladningsbærere) rekombinerer i et halvledermateriale, i modsætning til glødepærer, som producerer lys ved at opvarme en glødetråd-en spildproces, der mister størstedelen af energien som varme. Sådan fungerer det: Elektroner fra den negativt ladede "n-type" halvleder krydser et kryds ind i den positivt ladede "p-type" halvleder, når der tilføres en elektrisk strøm til LED'en. Disse elektroner frigiver energi i form af fotoner eller lyspartikler, når de rammer og udfylder hullerne i p-materialet. Halvlederens båndgab-energi bestemmer nuancen af dette lys; jo større båndgabet er (energiforskellen mellem halvlederens valensbånd, som indeholder huller, og ledningsbåndet, som indeholder elektroner), jo kortere er bølgelængden af det lys, der frigives. LED'er, der skaber blåt lys, har brug for halvledere med et relativt bredt båndgab, fordi blåt lys har en kort bølgelængde (450-495 nanometer). Den primære og vigtigste faktor, der påvirker emissionen af blåt lys, er denne materielle egenskab.
Skabelsen af halvledere baseret på galliumnitrid (GaN) og relaterede legeringer, herunder indiumgalliumnitrid (InGaN), var det største fremskridt inden for blå LED-teknologi, som blev anerkendt med 2014 Nobelprisen i fysik. Fordi typiske halvledermaterialer (såsom galliumarsenid, som bruges til røde og grønne lysdioder) har et for lille båndgab til at producere blåt lys med kort-bølgelængde, havde forskerne svært ved at udvikle effektiveblå lysdioderfør 1990'erne. På den anden side har GaN et bredt båndgab på omkring 3,4 elektronvolt (eV), hvilket er præcis den energi, der kræves for at udsende ultraviolet (UV) lys. Ingeniører kan sænke båndgabet ved at inkorporere små mængder indium i GaN for at skabe InGaN. Dette skifter udgangslyset fra ultraviolet til blåt ved at sænke båndgabets energi. For eksempel udsendes lys med en bølgelængde på omkring 450 nm af en InGaN-halvleder med et båndgab på omkring 2,7 eV, hvilket gør den ideel til strålende blå belysning. Fordi InGaN kan legeres til at justere båndgabet, er det blevet standardmaterialet til blå LED'er. Blå LED'er (og de hvide LED'er, der afhænger af dem) ville ikke være mulige uden GaN{10}}baserede halvledere.
LED'ens kvantebrøndstruktur er en anden afgørende komponent, der tillader produktionen af blåt lys. Et tyndt lag af halvleder (normalt InGaN) placeret mellem to tykkere lag af en anden halvleder (normalt GaN selv) kaldes en kvantebrønd. Elektronerne og hullerne inde i InGaN-laget er begrænset, eller "fanget", på en måde, der ændrer deres energiniveauer, fordi laget er så tyndt -typisk kun et par nanometer tykt. Effektiviteten af LED øges af denne indespærring, hvilket øger sandsynligheden for, at elektroner og huller rekombinerer og producerer fotoner. Tykkelsen og sammensætningen af kvantebrønden er nøje reguleret for blå lysdioder; en smallere brønd eller en større indiumkoncentration kan finjustere-emissionsbølgelængden til det påkrævede blå område. For eksempel kan lys skifte til 470 nm fra en 3-nanometer-tyk InGaN kvantebrønd med 20 % indiumindhold og 460 nm fra en 5-nanometerbrønd med 15 % indium. Blå LED'er er tilstrækkeligt lyse til praktiske anvendelser, såsom højeffekt LED-projektører og indikatorlys på elektronik, takket være kvantebrøndes evne til at mindske ikke-strålingsrekombination, hvilket er tabet af energi som varme frem for lys.
Blåt lys kan også være et uventet resultat af LED'er, især hvide LED'er, selvom mange LED'er er lavet specielt til at skabe det. Størstedelen af hvide LED'er anvender en "fosforkonverteringsteknik", hvor en blå LED-chip er belagt med et gult fosformateriale (typisk cerium-doteret yttriumaluminiumgranat eller YAG:Ce), da hvidt lys ikke kan produceres direkte af en enkelt halvleder (da det kræver en blanding af bølgelængder på tværs af det synlige). En del af det blå lys fra LED'en absorberes og genudsendes som gult lys, når det rammer fosforet. For det menneskelige syn fremstår det resterende blå lys som hvidt lys, fordi det blander sig med det gule lys. Ikke alt blåt lys omdannes dog, hvis fosforbelægningen er ujævn, for tynd eller af lav kvalitet. Dette kan producere en "kølig hvid" eller "blå-tonet" glød, som er typisk for billigLED pærereller gamle armaturer med fosfor, der er blevet forringet over tid. Fordi blåt lys påvirker dannelsen af melatonin, kan overdreven blåt lys fra hvide LED'er lejlighedsvis inducere øjenbelastning eller interferere med døgnrytmer. Dette understreger betydningen af passende fosfordesign. Dette uventede blå lys er forårsaget af dårlig fosforintegration snarere end en defekt i LED'ens grundlæggende funktionalitet.
Selvom de ikke "får" LED'en til at skabe blåt lys i første omgang, kan miljøforhold også påvirke, hvor intens eller hvordan en LED ser ud til at udsende blåt lys. Halvlederens båndgab kan udvides betydeligt, når LED'er opvarmes (et almindeligt problem i høj-effektapplikationer), hvilket flytter emissionsbølgelængden mod den røde ende af spektret. Dette er et eksempel på, hvordan temperaturen påvirker LED-ydelsen. Dette kan resultere i en lille ændring i bølgelængde forblå lysdioderfra 450 nm til 455 nm, som knapt kan opfattes med det blotte øje, men kan kvantificeres med instrumenter. På den anden side har nogle højtydende LED'er (såsom dem, der findes i projektorer) kølesystemer, da kørsel ved lavere temperaturer kan forbedre deres effektivitet og output af blåt lys. Strømtæthed er en anden overvejelse. Mens en blå LED's lysstyrke kan øges ved at hæve dens elektriske strøm, kan en for høj strøm resultere i "effektivitetsfald" eller et fald i lysoutput pr. strømenhed. Overdreven strøm i ekstreme situationer kan skade strukturen af kvantebrønden, hvilket resulterer i enten total fejl eller et permanent farveskift, der inkluderer øget emission af blåt lys. Selvom disse eksterne forhold kan ændre en LED's ydeevne over tid, ændrer de ikke LED'ens iboende evne til at skabe blåt lys.
Som konklusion er de tre hovedårsager til emission af blåt lys fra LED'er halvledermaterialets båndgabenergi, anvendelsen af GaN-baserede legeringer (såsom InGaN), der tillader kort-bølgelængdelys, og kvantebrøndstrukturen, der forbedrer effektiviteten og justerer emissionsbølgelængden. Mens uønsket blåt lys (som i visse hvide LED'er) skyldes fosfor-relaterede problemer, bruger bevidst designede blå LED'er lignende principper for at give strålende, effektivt blåt lys til bestemte applikationer. Selvom de kan have en indvirkning på ydeevnen, ændrer miljøforhold som temperatur og strøm ikke den grundlæggende mekanisme for emission af blåt lys. At kende disse grunde afklarer ikke kun eksistensen afblå lysdiodermen henleder også opmærksomheden på de tekniske fremskridt, der gjorde det muligt for dem, fremskridt, der stadig driver belysning, displays og vedvarende energi fremad. Forskere undersøger nye materialer (såsom aluminium galliumnitrid til dybere blåt eller UV-lys) og designs til at øge effektiviteten afblå lysdioderefterhånden som LED-teknologien udvikler sig. Dette kan føre til nye anvendelser inden for medicinsk terapi, vandrensning og næste-generationsskærme.
Ofte stillede spørgsmål
Q1. Hvordan kan jeg få disse prøver?
A1: Hej, let for dette. Giv mig din adresse og fortæl mig, hvilken vare du har brug for, vi arrangerer sendt til dig med DHL eller FedEx.
Q2: Hvad med din kvalitet?
A2: Alt råmateriale med topkvalitet for at sikre høj lysstyrke og tilstrækkelig lysstyrke.
Q3: Hvad med leveringstiden?
A3: Prøve har brug for 3-5 dage, masseproduktionstid har brug for 25-40 dage efter modtagelse af depositum
Shenzhen Benwei Lighting Technology Co.,Ltd
Telefon: +86 0755 27186329
Mobil(+86)18673599565
Whatsapp: 19113306783
E-mail:bwzm15@benweilighting.com
Skype:benweilight88
Hjemmeside: www.benweilight.com
