Czy różnica napięcia spadania diody LED między kolorami jest powiązana z inną energią długości fali?

Wydaje mi się, że diody LED emitujące światło o mniejszej energii (np. IR i czerwona) mają mniejszy spadek napięcia do przodu niż te o większej energii związane z ich długością fali (np. Niebieską lub UV).

To byłoby fascynujące.

Czy to prawdziwa korelacja, czy zależy wyłącznie od dostępnej technologii?

led

— valerio_new
źródło

Tak. To prawdziwa korelacja. Uwaga: niektóre diody LED mogą wykorzystywać luminofory. Jeśli tak, mogą to być na przykład diody UV LED z luminoforami w soczewce. Kolor widziany przez obserwatora zostanie określony przez luminofory. Ale poza tym tak, energia fotonu i napięcie przewodzące są ściśle powiązane.

— mkeith

Jest nie tylko poprawne, ale można go użyć do obliczenia stałej Plancka! Uzyskaj wiązkę diod LED o znanych długościach fal. Oblicz ich częstotliwości za pomocą c = fλ . Zmierz ich napięcie przewodzenia. Oblicz energię mnożąc przez ładunek elementarny: E = Vq . Teraz wykreśl E w funkcji f, a nachylenie będzie stałą Plancka, h .

— DrSheldon

@mkeith, jeśli to, co mówisz, jest prawdą, dlaczego dzieje się tak, gdy długość fali diody LED InGaN skraca się od ciemnoniebieskiego do niebieskiego do niebieskozielonego do zielonego, energia przenoszona przez fotony maleje, a Vf wzrasta?

— Niezrozumiany

@DrSheldon Będziesz musiał zmierzyć energię pasma wzbronionego, zrekompensować właściwości termiczne, a wtedy miałbyś całkowitą ilość energii. Potrzebujesz również rozkładu widmowego i liczby fotonów w każdej długości fali. Zobacz ten link i spróbuj obliczyć wstecz znając tylko całkowitą energię. berthold-bio.com/service-support/support-portal/knowledge-base/… - Użyłem formuł z tego linku, aby utworzyć tę stronę i przetestowałem za pomocą spektrometru: growlightresearch.com/ppfd/convert.html

— Niezrozumiany

@ Niezrozumiany, zajmie mi dużo czasu, aby przeczytać wszystko, co napisałeś w swojej odpowiedzi. Ale jeśli spojrzę na twój wykres zaczerpnięty z podręcznika, to z pewnością wygląda na to, że energia pasma i napięcie przewodzące są dość dobrze skorelowane, nawet jeśli niektóre punkty AlGaInN znajdują się powyżej linii trendu.

— mkeith

Odpowiedzi:

Poziom energii fotonów nie jest przyczyną, dla której _Vf rośnie wraz z poziomem energii fotonów.

Czemu? Ponieważ nie zawsze tak się dzieje.

Oto poziom energii 100 µmol dla czterech długości fali diod LED InGaN i ich _Vf .

Zauważ, jak wraz ze wzrostem V _f energia maleje.

Źródło V _f : Lumiled Rebel Colour Datasheet
Energy Source: Jak przekonwertować natężenie promieniowania na strumień fotonów?
oraz konwersje fotometryczne, radiometryczne, kwantowe

Fotonu nie można zmierzyć woltomierzem.
Foton i przenoszona przez niego energia zostały wyemitowane z diody LED.
Jak więc energia fotonu mogłaby być zawarta w V _f, gdy nie porusza się z prędkością światła od diody LED?

Energia fotonów nie wpływa bezpośrednio na _Vf .
Chwilowa rezystywność użytych materiałów determinuje _Vf

Więcej energii = mniej fotonów

To pytanie opiera się na fakcie, że foton o większej długości fali przenosi mniej energii niż foton o krótszej długości fali.
Foton o głębokości 660 nm przenosi 66% więcej energii niż ciemnoniebieski foton.

Ale to tylko część równania.

3,76 µmola niebieskich fotonów o długości 450 nm będzie przenosić 1 wat energii.
5,52 µmola fotonów o głębokości 660 nm będzie przenosić 1 wat energii.

To 56% więcej czerwonych fotonów niż niebieskich na wat.

Do wytworzenia 1 fotonu potrzeba jednego elektronu.
1 µmol = 602 214 076 000 000 000

To rodzaj prania.
Podczas gdy niebieski niesie więcej energii, na wat pobiera się mniej niebieskich fotonów.
Podczas gdy czerwony niesie mniej energii, więcej watonów generuje więcej na wat.
Źródło: konwersje fotometryczne, radiometryczne, kwantowe

W odniesieniu do roszczenia

dla elektronów wymagane jest pewne napięcie, aby mogły je przeniknąć przez region zubożenia. Elektron uwalnia swoją energię jako foton.
... pasmo materiału daje charakterystyczną długość fali. Wyższe odstępy pasma dają krótsze długości fali.

Podczas gdy energia w pasmie zbliża się do uwolnionej energii optycznej, energia
pasma nie jest reprezentowana w _Vf

Energia pasma wzbronionego jest zbliżona do uwolnionej energii optycznej tylko wtedy, gdy przeoczone są właściwości termiczne diody LED.
Źródło: Diody elektroluminescencyjne E. Freda Schuberta

Jeśli miałbyś przejść do Digikey i posortować (rosnąco) białe diody LED według V _f
W sąsiedniej kolumnie znajdziesz skuteczność (lm / W), diody LED o bardzo wysokiej skuteczności. Następnie, jeśli sortujesz według skuteczności (rosnąco), znajdziesz wyższe _Vf .

Przy większej liczbie elektronów przekształcanych w fotony (wyższa skuteczność), mniej elektronów przechodzi przez pasmo wzbronione do pasma przewodzenia. Elektrony w paśmie przewodzenia dodają się do _Vf, podczas gdy te przekształcone w fotony nie są uwzględnione w _Vf .

— Niezrozumiany
źródło

Zakres długości fal dostępnych w handlu diod LED o mocy wyjściowej jednego elementu co najmniej 5 mW wynosi od 360 do 950 nm. Każdy zakres długości fal jest wykonany z określonej rodziny materiałów półprzewodnikowych, niezależnie od producenta. Źródło: Photonics - Diody elektroluminescencyjne: podkład .

Artykuł jest wart przeczytania.

Rysunek 1. Przewodnik po kolorach LED od Lumex daje dobry przegląd różnych rodzajów LED, chemii i długości fal. Aby uzyskać wyjaśnienie, w razie potrzeby, zobacz diody LED i kolor (mój).

Jak wszystkie diody (D diody LED), wymagane jest pewne napięcie dla elektronów, aby mogły je poprowadzić przez region wyczerpania. Elektron uwalnia swoją energię jako foton. Twoje przeczucie jest prawidłowe, a pasmo szczelinowe materiału daje charakterystyczną długość fali. Wyższe odstępy pasma dają krótsze długości fali.

Rysunek 2. Spadki napięcia przewodzenia zmieniają się wraz z prądem. Co to jest dioda LED? .

Te dane dla tego wykresu zostały pobrane z różnych arkuszy danych i starannie wykreślone. Diody LED pochodzą jednak od różnych producentów i występują pewne różnice w napięciu przewodzenia.

Na przykład białe diody LED są niebieskimi diodami o głębokości 450 nm pokrytymi luminoforami przekształcającymi długość fali. Gdy luminofon jest absorbowany przez luminofor, jest on emitowany ponownie przy większej długości fali (np. Niebiesko-niebiesko-zielono-czerwono). Zatem biała krzywa IV będzie taka sama jak ciemnoniebieska krzywa w tej samej linii produktów. Nadal nad tym pracuję.

— Tranzystor
źródło

Podczas gdy poniższy tekst jest prawdziwy, energia w pasmie nie jest reprezentowana w napięciu przewodzenia. Vf jest wynikiem rezystywności n, p i domieszek. TO PRAWDA, ALE ...: Twoje przeczucie jest prawidłowe, a pasmo materiału daje charakterystyczną długość fali. Wyższe odstępy pasma dają krótsze długości fali.

— Niezrozumiany

Jest połączony z pewnymi szczegółami, które oznaczają, że nie można narysować linii prostej przez wszystkie punkty.

Energia potrzebna do wytworzenia fotonu o dowolnej długości fali ustawia absolutne minimum Vf wymagane przez diodę podczas pracy. Oprócz tego istnieją dalsze niewielkie spadki napięcia w zależności od konkretnej technologii, poszczególnych materiałów, z których powstaje dany półprzewodnik o pasmach wzbronionych.

IIRC, żółty i zielony wymagają bardzo podobnego napięcia, które prawdopodobnie zależy od technologii. Ale ogólnie czerwony i IR wymagają mniej, a niebieski i UV więcej, ze względu na zapotrzebowanie na foton.

— Neil_UK
źródło

Czy możesz dodać kilka szczegółów na temat tego, co może być uwzględnione w zależności od technologii? Jak wspomniano w mojej odpowiedzi, mam problem z uzyskaniem dobrych danych dla moich krzywych LED IV. Istnieją różnice w diodach LED różnych producentów, w wyniku czego moja żółta krzywa wydaje się mieć wyższe napięcie niż zielona, podczas gdy można się spodziewać, że będzie znajdować się między pomarańczową a zieloną.

— Tranzystor

@ Tranzystor fakt, że dioda ma 3 złącza, dwa z metalem na pół i tylko jeden z pół na pół, oznacza, że połączenia metal na pół będą miały wpływ na całkowite napięcie przewodzenia. Strzelałem tam z biodra, próbując przypomnieć sobie wyniki z dawnych lat, ale z twoich wyników wygląda na to, że trafiłem na żółto / zieloną rzecz. Zastanawiałem się, czy wspomnieć o argonie / potasie, ponieważ tam gdzie układ okresowy generalnie podąża za masami atomowymi, z wyjątkiem kilku miejsc, w których tak nie jest, ale nie jest to zbyt pomocne.

— Neil_UK

@Tranzystor Energia fotonu ma niewiele wspólnego z Vf. Łączenie drutów nie ma nic wspólnego z Vf. Napięcie przewodzące jest bardziej związane z elektronem niż z fotonem. Przy większej skuteczności (fotonów na wat) elektronów jest mniej w paśmie wzbronionym, ponieważ więcej elektronów zostało przekształconych w elektrony. Gdy elektron staje się fotonem, jego energia elektryczna nie może być już mierzona. Mniej elektronów oznacza niższe napięcie, niższe napięcie oznacza niższą wytwarzaną energię cieplną (przekształconą elektrycznie), a zatem wyższą skuteczność. Reszta to szerokość pasma i energia potrzebna do jego przekroczenia.

— Niezrozumiany

@ Neil: Nie rozważyłem metalu na skrzyżowaniach. Nie sądzę, żeby o tym wspominano w moich studiach sprzed wielu dziesięcioleci, ani w czytaniu magazynów poświęconych elektronice hobbystycznej. Zajmę się tym. Dziękuję Ci.

— Tranzystor

@ Tranzystor z pewnością ma pewność, że połączenie i drut będą miały rezystancję, ale jest minimalna (mOhm) i jest taka sama rezystancja we wszystkich kolorach w tej samej linii produktów. Podobnie jak rezystancja heterostruktur i rezystancja objętościowa materiałów zwiększają wewnętrzne rezystancje szeregowe i równoległe, ale nie są związane z energią długości fali. Ale heterostruktury i oporność objętościowa są bardzo związane z Vf.

— Niezrozumiany