چه چیزی باعث آبی شدن LED می شود؟

چه چیزی باعث یکLEDآبی شدن؟

نورپردازی، نمایشگرها و وسایل الکترونیکی مدرن به‌طور کامل توسط دیودهای ساطع نور (LED) تغییر شکل داده‌اند، که بهره‌وری انرژی، طول عمر طولانی‌تر و تطبیق‌پذیری را فراهم می‌کنند که لامپ‌های رشته‌ای یا فلورسنت معمولی نمی‌توانند با آنها مطابقت داشته باشند. نور آبی به عنوان یکی از رایج ترین رنگ های تولید شده توسط LED ها ظاهر شده است و همه چیز را از چراغ های جلو LED گرفته تا صفحه نمایش گوشی های هوشمند و حتی تجهیزات پزشکی را تامین می کند. با این حال، چه چیزی نور آبی را که یک LED ساطع می کند، تحریک می کند؟ مواد به کار رفته در ساخت آنها، تصمیمات فنی عمدی، و فیزیک اساسی عملیات LED همگی کلید راه حل را دارند. برای درک این پدیده، ابتدا باید فرآیند تولید نور LED ها را تشریح کنیم و سپس به عناصر خاصی که باعث می شود خروجی آنها به سمت قسمت آبی طیف الکترومغناطیسی متمایل شود، نگاه کنیم.

اساساً LED ها دستگاه های نیمه هادی هستند که از فرآیندی به نام الکترولومینسانس برای تولید نور استفاده می کنند. LED ها زمانی که الکترون ها و "حفره ها" (حامل بار مثبت) در یک ماده نیمه هادی دوباره ترکیب می شوند، نور تولید می کنند، برخلاف لامپ های رشته ای، که نور را با گرم کردن یک رشته تولید می کنند-یک فرآیند بیهوده که بیشتر انرژی را به عنوان گرما از دست می دهد. نحوه عملکرد آن به این صورت است: هنگامی که جریان الکتریکی به LED داده می شود، الکترون های نیمه هادی "n-نوع" با بار منفی از یک اتصال به نیمه هادی "p-نوع" با بار مثبت عبور می کنند. این الکترون‌ها انرژی را به شکل فوتون‌ها یا ذرات نور آزاد می‌کنند که سوراخ‌های موجود در مواد نوع p- را پر می‌کنند. انرژی شکاف نواری نیمه هادی، رنگ این نور را تعیین می کند. هر چه شکاف باند بیشتر باشد (تفاوت انرژی بین نوار ظرفیت نیمه هادی که حاوی سوراخ ها و نوار رسانایی که حاوی الکترون است)، طول موج نوری که آزاد می شود کوتاه تر می شود. LED هایی که نور آبی ایجاد می کنند به نیمه هادی هایی با فاصله باند نسبتاً وسیع نیاز دارند زیرا نور آبی دارای طول موج کوتاه (450-495 نانومتر) است. اصلی ترین و مهم ترین عامل موثر بر انتشار نور آبی همین ویژگی مادی است.
            

ایجاد نیمه رساناهای مبتنی بر نیترید گالیم (GaN) و آلیاژهای مرتبط، از جمله نیترید گالیم ایندیم (InGaN)، پیشرفت بزرگ در فناوری LED آبی بود که با جایزه نوبل فیزیک 2014 اعتراف شد. از آنجایی که مواد نیمه هادی معمولی (مانند آرسنید گالیم، که برای LED های قرمز و سبز استفاده می شود) دارای یک شکاف باند بسیار کوچک برای تولید نور آبی با طول موج کوتاه- هستند، دانشمندان در توسعه اثربخش مشکل داشتند.LED های آبیقبل از دهه 1990 از سوی دیگر، GaN دارای یک شکاف باند وسیع تقریباً 3.4 الکترون ولت (eV) است که دقیقاً انرژی مورد نیاز برای انتشار نور فرابنفش (UV) است. مهندسان می توانند شکاف باند را با ترکیب مقادیر اندکی از ایندیم در GaN برای ایجاد InGaN کاهش دهند. این نور خروجی را از فرابنفش به آبی با کاهش انرژی شکاف نواری تغییر می دهد. به عنوان مثال، نور با طول موج حدود 450 نانومتر توسط یک نیمه هادی InGaN با فاصله باند حدود 2.7 ولت ساطع می شود که آن را برای نور آبی درخشان ایده آل می کند. از آنجایی که InGaN می تواند برای تنظیم فاصله باند آلیاژ شود، به ماده استاندارد LED های آبی تبدیل شده است. LED های آبی (و LED های سفید که به آنها وابسته هستند) بدون نیمه هادی های{10}بر پایه GaN امکان پذیر نیستند.

ساختار چاه کوانتومی LED یکی دیگر از اجزای حیاتی است که اجازه تولید نور آبی را می دهد. یک لایه نازک از نیمه هادی (معمولا InGaN) که بین دو لایه ضخیم تر از نیمه هادی دیگر (معمولاً خود GaN) قرار دارد، چاه کوانتومی نامیده می شود. الکترون‌ها و حفره‌های داخل لایه InGaN محدود شده‌اند، یا «به دام افتاده‌اند»، به گونه‌ای که سطح انرژی آنها تغییر می‌کند، زیرا لایه بسیار نازک است-معمولاً تنها چند نانومتر ضخامت دارد. کارایی LED با این محصور شدن افزایش می‌یابد، که احتمال ترکیب مجدد الکترون‌ها و حفره‌ها و تولید فوتون را افزایش می‌دهد. ضخامت و ترکیب چاه کوانتومی به دقت برای LED های آبی تنظیم شده است. یک چاه باریکتر یا غلظت ایندیم بزرگتر می تواند-طول موج انتشار را به محدوده آبی مورد نیاز تنظیم کند. برای مثال، نور ممکن است از یک چاه کوانتومی InGaN با ضخامت 3-نانومتری{15}} با محتوای 20 درصد ایندیم و 460 نانومتر از یک چاه 5- نانومتری با 15 درصد ایندیم به 470 نانومتر تغییر کند. ال ای دی های آبی به دلیل توانایی چاه های کوانتومی در کاهش نوترکیب غیر تشعشعی، که اتلاف انرژی به عنوان گرما به جای نور است، به اندازه کافی روشن هستند، مانند نور افکن های LED پرقدرت و چراغ های نشانگر در الکترونیک.

نور آبی همچنین می تواند نتیجه غیرمنتظره LED ها باشد، به ویژه LED های سفید، حتی اگر بسیاری از LED ها به طور خاص برای ایجاد آن ساخته شده اند. اکثر LED‌های سفید از تکنیک «تبدیل فسفر» استفاده می‌کنند که در آن یک تراشه LED آبی با یک ماده فسفر زرد (معمولاً گارنت آلومینیوم ایتریوم دوپ‌شده با سریم{{1} یا YAG:Ce) پوشانده می‌شود، زیرا نور سفید نمی‌تواند مستقیماً توسط یک نیمه‌رسانا منفرد تولید شود (زیرا به ترکیبی از طول موج‌های طول موج مرئی نیاز دارد). بخشی از نور آبی از LED جذب شده و به صورت نور زرد زمانی که به فسفر برخورد می کند بازتاب می شود. برای بینایی انسان، نور آبی باقیمانده به صورت نور سفید ظاهر می شود زیرا با نور زرد ترکیب می شود. اگر پوشش فسفر ناهموار، بیش از حد نازک یا با کیفیت پایین باشد، همه نورهای آبی تبدیل نمی شوند. این می تواند درخشش "سفید سرد" یا "آبی{6}}رنگی" ایجاد کند که معمولاً ارزان است.لامپ های ال ای دییا وسایل قدیمی با فسفر که به مرور زمان خراب شده است. از آنجایی که نور آبی بر تولید ملاتونین تأثیر می‌گذارد، نور آبی بیش از حد از LED‌های سفید می‌تواند گاهی باعث خستگی چشم شود یا با ریتم‌های شبانه‌روزی تداخل کند. این امر بر اهمیت طراحی مناسب فسفر تأکید می کند. این نور آبی غیرمنتظره ناشی از یکپارچگی ضعیف فسفر است تا نقص در عملکرد اساسی LED.

اگرچه آنها در وهله اول باعث ایجاد نور آبی توسط LED نمی شوند، اما شرایط محیطی نیز می تواند بر شدت یا نحوه انتشار نور آبی LED تأثیر بگذارد. شکاف باند نیمه هادی ممکن است با گرم شدن LED ها به طور قابل توجهی افزایش یابد (یک مشکل رایج در کاربردهای{1}قدرت بالا) که طول موج انتشار را به سمت انتهای قرمز طیف حرکت می دهد. این نمونه ای از تاثیر دما بر عملکرد LED است. این می تواند منجر به تغییر کمی در طول موج برایLED های آبیاز 450 نانومتر تا 455 نانومتر، که به سختی با چشم غیر مسلح قابل درک است اما با ابزار اندازه گیری می شود. از سوی دیگر، برخی از ال‌ای‌دی‌های{3} با کارایی بالا (مانند آن‌هایی که در پروژکتورها یافت می‌شوند) دارای سیستم خنک‌کننده هستند زیرا اجرای آنها در دماهای پایین‌تر می‌تواند کارایی و خروجی نور آبی را بهبود بخشد. چگالی جریان یکی دیگر از موارد است. در حالی که روشنایی LED آبی را می توان با افزایش جریان الکتریکی آن افزایش داد، جریان بیش از حد می تواند منجر به "افت بازده" یا کاهش در خروجی نور در واحد جریان شود. جریان بیش از حد در موقعیت‌های شدید می‌تواند به ساختار چاه کوانتومی آسیب برساند، که منجر به شکست کامل یا تغییر رنگ دائمی می‌شود که شامل تابش بیشتر نور آبی می‌شود. اگرچه این شرایط خارجی می تواند عملکرد LED را در طول زمان تغییر دهد، اما ظرفیت ذاتی LED برای ایجاد نور آبی را تغییر نمی دهد.

در نتیجه، سه دلیل اصلی انتشار نور آبی از LED ها عبارتند از: انرژی شکاف نواری مواد نیمه هادی، استفاده از آلیاژهای مبتنی بر GaN (مانند InGaN) که اجازه نور با طول موج کوتاه- را می دهد و ساختار چاه کوانتومی که کارایی را بهبود می بخشد و طول موج انتشار را تنظیم می کند. در حالی که نور آبی ناخواسته (مانند برخی از LED های سفید) ناشی از مشکلات مربوط به فسفر{3}}است، LED های آبی که عمداً طراحی شده اند از اصول مشابهی برای ارائه نور آبی درخشان و کارآمد برای کاربردهای خاص استفاده می کنند. اگرچه آنها می توانند بر عملکرد تأثیر بگذارند، شرایط محیطی مانند دما و جریان مکانیسم اساسی انتشار نور آبی را تغییر نمی دهد. دانستن این دلایل نه تنها وجود آن را روشن می کندLED های آبیاما همچنین توجه را به پیشرفت‌های مهندسی که آنها را قادر می‌سازد جلب می‌کند، پیشرفت‌هایی که همچنان روشنایی، نمایشگرها و انرژی‌های تجدیدپذیر را به جلو می‌برد. محققان به دنبال مواد جدید (مانند نیترید گالیم آلومینیوم برای نور آبی عمیق تر یا UV) و طرح هایی برای افزایش کارایی هستند.LED های آبیبا پیشرفت تکنولوژی LED این می تواند منجر به کاربردهای جدید در درمان پزشکی، تصفیه آب و نمایشگرهای نسل بعدی شود.

سوالات متداول

Q1. چگونه می توانم این نمونه ها را دریافت کنم؟

A1: سلام، برای این کار آسان است. آدرس خود را به من بدهید و به من بگویید به کدام مورد نیاز دارید، ما ترتیبی خواهیم داد که توسط DHL یا FedEx برای شما ارسال شود.

Q2: کیفیت شما چطور؟
A2: تمام مواد خام با کیفیت بالا برای اطمینان از درخشندگی بالا و روشنایی کافی.

Q3: درباره The Lead Time چیست؟
A3: نمونه به 3-5 روز نیاز دارد، زمان تولید انبوه 25-40 روز پس از دریافت سپرده نیاز دارد

Shenzhen Benwei Lighting Technology Co.,Ltd
تلفن: +86 0755 27186329
تلفن همراه (+86)18673599565
واتساپ: 19113306783
ایمیل:bwzm15@benweilighting.com
اسکایپ:benweilight88
وب سایت: www.benweilight.com