Vad orsakar enLEDbli blå?
Modern belysning, skärmar och elektronik har förvandlats fullständigt av -Emitting Diodes (LEDs), som ger energieffektivitet, förlängd livslängd och mångsidighet som konventionella glödlampor eller lysrör inte kan matcha. Blått ljus har dykt upp som en av de vanligaste färgerna som produceras av lysdioder, och det driver allt från LED-strålkastare till smartphoneskärmar till till och med medicinsk utrustning. Men vad är det egentligen som utlöser det blå ljuset som en lysdiod avger? Materialen som används i deras tillverkning, avsiktliga tekniska beslut och grundfysiken för LED-drift är alla nyckeln till lösningen. För att förstå detta fenomen måste vi först dissekera den ljusgenererande processen- av lysdioder och sedan titta på de särskilda element som gör att deras utsignal lutar mot den blå delen av det elektromagnetiska spektrumet.
I grund och botten är lysdioder halvledarenheter som använder en process som kallas elektroluminescens för att generera ljus. Lysdioder producerar ljus när elektroner och "hål" (positiva laddningsbärare) rekombineras i ett halvledarmaterial, till skillnad från glödlampor, som producerar ljus genom att värma upp en glödtråd -en slösaktig process som förlorar huvuddelen av energin som värme. Så här fungerar det: Elektroner från den negativt laddade halvledaren av "n-typ" korsar en korsning till den positivt laddade halvledaren av "p-typ" när en elektrisk ström tillförs lysdioden. Dessa elektroner frigör energi i form av fotoner, eller ljuspartiklar, när de träffar och fyller hålen i materialet av p-typ. Halvledarens bandgapenergi bestämmer nyansen av detta ljus; ju större bandgap (energiskillnaden mellan halvledarens valensband, som innehåller hål, och ledningsbandet, som innehåller elektroner), desto kortare är våglängden för ljuset som frigörs. Lysdioder som skapar blått ljus behöver halvledare med ett relativt brett bandgap eftersom blått ljus har en kort våglängd (450–495 nanometer). Den primära och viktigaste faktorn som påverkar emissionen av blått ljus är detta materialattribut.
Skapandet av halvledare baserade på galliumnitrid (GaN) och relaterade legeringar, inklusive indiumgalliumnitrid (InGaN), var det stora framstegen inom blå LED-teknik, som belönades med 2014 års Nobelpris i fysik. Eftersom typiska halvledarmaterial (som galliumarsenid, som används för röda och gröna lysdioder) har ett för litet bandgap för att producera blått ljus med kort-våglängd, hade forskare svårt att utveckla effektivablå lysdioderföre 1990-talet. Å andra sidan har GaN ett brett bandgap på ungefär 3,4 elektronvolt (eV), vilket är exakt den energi som krävs för att avge ultraviolett (UV) ljus. Ingenjörer kan minska bandgapet genom att införliva små mängder indium i GaN för att skapa InGaN. Detta skiftar utgående ljus från ultraviolett till blått genom att sänka bandgapenergin. Till exempel emitteras ljus med en våglängd på cirka 450 nm av en InGaN-halvledare med ett bandgap på cirka 2,7 eV, vilket gör den idealisk för briljant blå belysning. Eftersom InGaN kan legeras för att justera bandgapet har det blivit standardmaterialet för blå lysdioder. Blå lysdioder (och de vita lysdioderna som är beroende av dem) skulle inte vara möjliga utan GaN-baserade halvledare.
LED:s kvantbrunnsstruktur är en annan viktig komponent som tillåter produktion av blått ljus. Ett tunt lager av halvledare (vanligtvis InGaN) placerat mellan två tjockare lager av en annan halvledare (vanligtvis GaN själv) kallas en kvantbrunn. Elektronerna och hålen inuti InGaN-lagret är begränsade, eller "fångade", på ett sätt som ändrar deras energinivåer eftersom lagret är så tunt-vanligtvis bara några nanometer tjockt. Effektiviteten hos lysdioden ökas av denna inneslutning, vilket ökar sannolikheten för att elektroner och hål kommer att rekombinera och producera fotoner. Kvantbrunnens tjocklek och sammansättning är noggrant reglerade för blå lysdioder; en smalare brunn eller en högre indiumkoncentration kan finjustera-emissionsvåglängden till det erforderliga blåa området. Till exempel kan ljuset skifta till 470 nm från en 3-nanometer-tjock InGaN-kvantbrunn med 20 % indiuminnehåll och 460 nm från en 5-nanometerbrunn med 15 % indium. Blå lysdioder är tillräckligt ljusstarka för praktiska tillämpningar, såsom högeffekts LED-strålkastare och indikatorlampor på elektronik, tack vare kvantbrunnars förmåga att minska icke-strålningsrekombination, vilket är förlusten av energi som värme snarare än ljus.
Blått ljus kan också vara ett oväntat resultat av lysdioder, framför allt vita lysdioder, även om många lysdioder är gjorda speciellt för att skapa det. Majoriteten av vita lysdioder använder en "fosforkonverteringsteknik", där ett blått LED-chip är belagt med ett gult fosformaterial (typiskt cerium-dopad yttriumaluminiumgranat, eller YAG:Ce), eftersom vitt ljus inte direkt kan produceras av en enda halvledare (eftersom det kräver en blandning av våglängder över det synliga). En del av det blå ljuset från lysdioden absorberas och återutsänds som gult ljus när det träffar fosforn. För den mänskliga synen framstår det återstående blåa ljuset som vitt ljus eftersom det smälter samman med det gula ljuset. Inte allt blått ljus omvandlas dock om fosforbeläggningen är ojämn, alltför tunn eller av låg kvalitet. Detta kan ge en "sval vit" eller "blå-tonad" glöd, vilket är typiskt för billigtLED-lamporeller gamla armaturer med fosfor som har försämrats med tiden. Eftersom blått ljus påverkar genereringen av melatonin, kan överdrivet blått ljus från vita lysdioder ibland orsaka ansträngda ögon eller störa dygnsrytmer. Detta understryker betydelsen av lämplig fosfordesign. Detta oväntade blåa ljus orsakas av dålig fosforintegrering snarare än en defekt i LED:s grundläggande funktionalitet.
Även om de inte "förorsakar" att lysdioden skapar blått ljus i första hand, kan miljöförhållanden också påverka hur intensivt eller hur en lysdiod verkar avge blått ljus. Bandgapet för halvledaren kan vidgas avsevärt när lysdioder värms upp (ett vanligt problem i hög-effekttillämpningar), vilket flyttar emissionsvåglängden mot den röda änden av spektrumet. Detta är ett exempel på hur temperatur påverkar LED-prestanda. Detta kan resultera i en liten förändring i våglängd förblå lysdioderfrån 450 nm till 455 nm, vilket knappt är märkbart för blotta ögat men kvantifierbart med instrument. Å andra sidan har vissa högpresterande lysdioder (som de som finns i projektorer) kylsystem eftersom att köra dem vid lägre temperaturer kan förbättra deras effektivitet och effekt av blått ljus. Strömtäthet är en annan faktor. Medan en blå lysdiods ljusstyrka kan ökas genom att höja dess elektriska ström, kan en för hög ström resultera i "effektivitetssänkning" eller en minskning av ljuseffekten per strömenhet. Överdriven ström i extrema situationer kan skada kvantbrunnens struktur, vilket resulterar i antingen totalt fel eller ett permanent färgskifte som inkluderar ökad emission av blått ljus. Även om dessa yttre förhållanden kan förändra en lysdiods prestanda över tid, ändrar de inte lysdiodens inneboende förmåga att skapa blått ljus.
Sammanfattningsvis är de tre huvudorsakerna till emission av blått ljus från lysdioder halvledarmaterialets bandgapenergi, tillämpningen av GaN-baserade legeringar (som InGaN) som tillåter kort-våglängdsljus och kvantbrunnsstrukturen som förbättrar effektiviteten och justerar emissionsvåglängden. Även om oönskat blått ljus (som i vissa vita lysdioder) är ett resultat av fosfor-relaterade problem, använder avsiktligt designade blå lysdioder liknande principer för att ge briljant, effektivt blått ljus för särskilda applikationer. Även om de kan ha en inverkan på prestanda, förändrar inte miljöförhållanden som temperatur och ström den grundläggande mekanismen för utsläpp av blått ljus. Att känna till dessa skäl klargör inte bara existensen avblå lysdiodermen uppmärksammar också de tekniska framsteg som möjliggjorde dem, framsteg som fortfarande driver belysning, displayer och förnybar energi framåt. Forskare undersöker nya material (som aluminiumgalliumnitrid för djupare blått eller UV-ljus) och design för att öka effektiviteten avblå lysdioderallt eftersom LED-tekniken utvecklas. Detta kan leda till nya tillämpningar inom medicinsk terapi, vattenrening och nästa-generationsskärmar.
Vanliga frågor
Q1. Hur kan jag få dessa prover?
A1: Hej, lätt för detta. ge mig din adress och berätta vilken vara du behöver, vi kommer att ordna skickad till dig med DHL eller FedEx.
F2: Vad sägs om din kvalitet?
A2: Allt råmaterial med högsta kvalitet för att säkerställa hög ljusstyrka och tillräcklig ljusstyrka.
F3: Hur är det med ledtiden?
A3: Provet behöver 3-5 dagar, massproduktionstiden behöver 25-40 dagar efter mottagande av insättningen
Shenzhen Benwei Lighting Technology Co.,Ltd
Telefon: +86 0755 27186329
Mobil(+86)18673599565
Whatsapp: 19113306783
E-post:bwzm15@benweilighting.com
Skype:benweilight88
Webbplats: www.benweilight.com
