颜色之间的LED压降差是否与不同的波长能量有关?


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在我看来,与能量相关的波长(例如蓝色或紫外线)相比,发射能量较少的光(例如IR和红色)的LED的正向压降较小。

那将令人着迷。

这是真正的相关性还是仅取决于可用的技术?


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是。这是一个真正的关联。注意:某些LED可能使用荧光粉。如果是这样,它们可能是,例如,透镜中带有荧光粉的UV LED。观察者看到的颜色将取决于荧光粉。但是否则,是的,光子能量和正向电压密切相关。
mkeith

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它不仅是正确的,而且可以用来计算普朗克常数!获得一束已知波长的LED。使用c =fλ计算它们的频率。测量其正向电压。通过乘以基本电荷来计算能量:E = Vq。现在绘制Ef的曲线,斜率将是普朗克常数h
DrSheldon

@mkeith如果您说的是正确的,为什么当InGaN LED的波长从深蓝色缩短到蓝色再到青色变成绿色时,为什么光子携带的能量减少而Vf增加?
误解了

@DrSheldon您将必须测量带隙能量,补偿热特性,然后才能获得全部能量。您还需要光谱分布以及每个波长的光子数量。请参阅此链接,并尝试仅知道总能量即可进行反向计算。 berthold-bio.com/service-support/support-portal/knowledge-base/…- 我使用该链接中的公式创建了此页面,并使用光谱仪进行了测试:growlightresearch.com/ppfd/convert.html
误解了

1
@Misunderstood,我要花很长时间才能消化您在答案中写的所有内容。但是,如果我看一下从教科书摘录的图表,即使某些AlGaInN点高于趋势线,带隙能量和正向电压看起来也很相关。
mkeith

Answers:


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光子的能级不是V f随着光子的能级升高的原因。

为什么?因为那并不总是发生。

这是InGaN LED的四个波长及其V f的 100μmol能级。

注意,随着V f的增加,能量如何减少。

在此处输入图片说明

光源V fLumiled Rebel颜色数据表
光源能量:如何将辐照度转换为光子通量?
光度,射线计量,量子转换



光子不能用电压表测量。
LED发出了光子及其携带的能量。
那么,当光子以远离LED的光速行进时,光子的能量又如何包含在V f中呢?



光子能量并不直接影响V f
所用材料的瞬时电阻率决定了V f



更多能量=更少光子

这个问题基于这样一个事实,即较长波长的光子比较短波长的光子携带的能量更少。
660 nm深红色光子所载能量是深蓝色光子的66%。

但这只是等式的一部分。

3.76微摩尔的450纳米深蓝色光子将携带1瓦能量。
5.52 µmols的660 nm深红色光子将携带1瓦能量。

每瓦红色光子比蓝色多56%。

一个电子产生1个光子。
1微摩尔= 602,214,076,000,000,000

所以有点洗。
蓝色携带更多的能量时,每瓦产生的蓝色光子更少。
虽然红色的能量较少,但每瓦产生的红色光子更多。
资料来源:光度,辐射计量,量子转换


关于索赔

电子需要一定的电压才能使其越过耗尽区。电子将其能量释放为光子。
...材料的带隙给出了特征波长。带隙越高,波长越短。

虽然带隙中的能量近似于释放的光能,
但带隙能量未用V f表示

仅当忽略LED的热特性时,带隙能量才近似于释放的光能。
来源:E。Fred Schubert的发光二极管


如果要去Digikey并按V f排序(升序)白色LED,
您会在相邻的栏中找到效率(lm / W),效率非常高的LED。然后,如果按功效排序(升序),您会发现更高的V f

随着更多的电子被转换为光子(更高的功效),使能穿过带隙到达导带的电子减少。导带中的电子将加到V f上,而转换成光子的电子将不包含在V f中


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具有单元素输出功率至少为5 mW的市售LED的波长范围为360至950 nm。每个波长范围均由特定的半导体材料系列制成,与制造商无关。资料来源:光子学-发光二极管:入门手册

这篇文章值得一读。

在此处输入图片说明

图1. Lumex的LED颜色指南很好地概述了各种LED类型,化学性质和波长。有关某些说明,如果需要,请参阅LED和颜色红色)。

像所有二极管(LED的D)一样,电子需要一定的电压才能使它们穿过耗尽区。电子将其能量释放为光子。您的预感是正确的,材料的带隙给出了特征波长。带隙越高,波长越短。

在此处输入图片说明

图2.正向压降随电流变化。什么是LED?

该图的数据取自各种数据表,并经过仔细绘制。但是,这些LED来自不同的制造商,并且正向电压存在一些差异。

例如,白光LED是覆盖波长转换磷光体的450nm深蓝光LED。当深蓝色光子被磷光体吸收时,它会以更长的波长重新发出(例如,蓝-青-绿-红色)。因此,同一生产线中的白色IV曲线将与深蓝色曲线相同。我还在努力。


尽管以下内容是正确的,但带隙中的能量并未用正向电压表示。Vf是n,p和掺杂剂的电阻率的结果。这是真的,但是...:您的直觉是正确的,材料的带隙给出了特征波长。带隙越高,波长越短。
误解了

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它是链接在一起的,带有一些细节,这意味着您无法在所有点上画一条直线。

产生任何特定波长的光子所需的能量设置了二极管运行时所需的绝对最小Vf。除此之外,取决于特定技术,用于制造特定带隙半导体的特定材料,还存在其他小的电压降。

黄色和绿色的IIRC需要非常相似的电压,这可能取决于技术。但通常,由于光子能量需求,红色和IR的需求较少,蓝色和UV的需求较高。


您能否详细介绍技术依赖项中可能包含的内容?如我的回答中所述,我很难获得有关LED IV曲线的良好数据。不同制造商生产的LED有所不同,结果是我的黄色曲线的电压似乎比绿色的电压高,而人们可能希望它位于橙色和绿色之间。
晶体管

@Transistor二极管是3个结,两个金属对半结,而只有一个半导体对半结,这意味着金属对半结将对总的正向电压产生影响。我当时从臀部射击,试图回想一下过去的结果,但是从你的结果看来,我似乎被黄色/绿色的东西吸引住了。我确实想知道是否要提及氩气/钾,因为元素周期表通常遵循原子量,除了一些没有的地方,但这没有太大帮助。
Neil_UK

@晶体管光子能量与Vf无关。引线键合与Vf无关。正向电压比光子与电子有关。具有更高的效率(每瓦光子数),因为更多的电子已转换为电子,所以带隙中的电子更少。一旦电子变成光子,就无法再测量其电能。更少的电子意味着更低的电压,更低的电压意味着更低的产生的热功率(电转换),因此具有更高的功效。其余的是带隙的宽度和穿过带隙所需的能量。
误解了

@Neil:我没有考虑金属到半结。我认为几十年前在我的研究中,或者在阅读业余电子杂志时都没有提到它。我会继续跟进。谢谢。
晶体管

@晶体管确保键合线具有电阻,但是电阻最小(mOhms),并且同一生产线中所有颜色的电阻量相同。正如异质结构的电阻和材料的体电阻增加了内部串联和并联电阻,但与波长能量无关。但是异质结构和体电阻与Vf密切相关。
误解了
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