Ist der LED-Spannungsunterschied zwischen den Farben mit der unterschiedlichen Wellenlängenenergie verbunden?

Mir scheint, dass LEDs, die Licht mit weniger Energie aussenden (z. B. IR und Rot), einen geringeren Spannungsabfall in Vorwärtsrichtung aufweisen als LEDs, deren Wellenlänge mit mehr Energie verbunden ist (z. B. Blau oder UV).

Das wäre faszinierend.

Handelt es sich um eine echte Korrelation oder hängt sie ausschließlich von der verfügbaren Technologie ab?

led

— valerio_new
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Ja. Es ist eine wahre Korrelation. Hinweis: Bei einigen LEDs können Leuchtstoffe verwendet werden. In diesem Fall handelt es sich beispielsweise um UV-LEDs mit Leuchtstoffen in der Linse. Die vom Betrachter wahrgenommene Farbe wird durch die Leuchtstoffe bestimmt. Ansonsten hängen die Photonenenergie und die Durchlassspannung eng zusammen.

— 16.

Es ist nicht nur richtig, Sie können damit auch die Plancksche Konstante berechnen! Holen Sie sich eine Reihe von LEDs mit bekannten Wellenlängen. Berechnen Sie ihre Frequenzen mit c = fλ . Messen Sie ihre Durchlassspannungen. Berechnen Sie die Energie durch Multiplikation mit der Elementarladung: E = Vq . Nun ist die Kurve E gegen f und die Steigung ist die Plancksche Konstante h .

— DrSheldon

@mkeith Wenn das, was Sie sagen, wahr ist, warum ist es dann so, wenn die Wellenlänge einer InGaN-LED von tiefblau über blau nach cyan nach grün abfällt und die von den Photonen übertragene Energie zunimmt?

— Missverstanden

@ DrSheldon Sie müssten die Bandlückenenergie messen, die thermischen Eigenschaften ausgleichen, dann hätten Sie die Gesamtenergiemenge. Sie benötigen auch die Spektralverteilung und die Anzahl der Photonen für jede Wellenlänge. Sehen Sie sich diesen Link an und versuchen Sie, rückwärts zu berechnen, indem Sie nur die Gesamtenergie kennen. berthold-bio.com/service-support/support-portal/knowledge-base/… - Ich habe die Formeln aus diesem Link zum Erstellen dieser Seite verwendet und mit einem Spektrometer getestet: growlightresearch.com/ppfd/convert.html

— Misunderstood

@ Missverstanden, es wird lange dauern, bis ich alles verdaut habe, was Sie in Ihrer Antwort geschrieben haben. Aber wenn ich mir Ihre Grafik aus dem Lehrbuch ansehe, sieht es so aus, als ob die Bandlückenenergie und die Durchlassspannung ziemlich gut korreliert sind, auch wenn einige der AlGaInN-Punkte über der Trendlinie liegen.

— mkeith

Antworten:

Das Energieniveau von Photonen ist nicht der Grund, warum _Vf mit dem Energieniveau der Photonen ansteigt.

Warum? Weil das nicht immer passiert.

Hier ist das Energieniveau von 100 & mgr; mol für vier Wellenlängen von InGaN-LEDs und deren V _f .

Beachten Sie, wie mit steigendem V _f die Energie abnimmt.

Quelle V _f : Lumiled Rebel Color-Datenblatt Energiequelle
: Wie wandle ich die Bestrahlungsstärke in Photonenfluss um?
und photometrische, radiometrische, Quantenumwandlungen

Ein Photon kann nicht mit einem Voltmeter gemessen werden.
Das Photon und die Energie, die es trägt, wurden von der LED emittiert.
Wie kann also die Energie eines Photons möglicherweise in das V _f einbezogen werden, wenn es ausgeschaltet ist und sich mit Lichtgeschwindigkeit von der LED entfernt?

Photonenenergie trägt nicht direkt zu V _{f bei} .
Der momentane Widerstand der verwendeten Materialien bestimmt V _f

Mehr Energie = weniger Photonen

Diese Frage basiert auf der Tatsache, dass ein längerwelliges Photon weniger Energie als ein kürzerwelliges Photon trägt.
Ein 660 nm tiefes rotes Photon trägt 66% so viel Energie wie ein tiefes blaues Photon.

Das ist aber nur ein Teil der Gleichung.

3,76 umol tiefblaue 450 nm Photonen tragen 1 Watt Energie.
5,52 µmol 660 nm tiefroter Photonen tragen 1 Watt Energie.

Das sind 56% mehr rote Photonen als blaue pro Watt.

Es braucht ein Elektron, um 1 Photon zu erzeugen.
1 umol = 602.214.076.000.000.000

Es ist also eine Art Wäsche.
Während Blau mehr Energie trägt, werden pro Watt weniger blaue Photonen erzeugt.
Während Rot weniger Energie trägt, werden pro Watt mehr rote Photonen erzeugt.
Quelle: Photometrisch, Radiometrisch, Quantum Conversions

In Bezug auf den Anspruch

Für die Elektronen ist eine bestimmte Spannung erforderlich, um sie über den Verarmungsbereich zu bringen. Das Elektron setzt seine Energie als Photon frei.
... die Bandlücke des Materials ergibt die charakteristische Wellenlänge. Höhere Bandlücken ergeben kürzere Wellenlängen.

Während sich die Energie in der Bandlücke der freigesetzten optischen Energie
annähert , ist die Bandlückenenergie nicht in _{Vf dargestellt}

Die Bandlückenenergie nähert sich der freigesetzten optischen Energie nur an, wenn die thermischen Eigenschaften der LED übersehen werden.
Quelle: Leuchtdioden von E. Fred Schubert

Wenn Sie zu Digikey gehen und weiße LEDs nach V _f sortieren (aufsteigend),
finden Sie in der nebenstehenden Spalte die Wirksamkeit (lm / W) der LEDs mit sehr hoher Wirksamkeit. Wenn Sie dann nach Wirksamkeit sortieren (aufsteigend), werden Sie ein höheres V _{f finden} .

Wenn mehr Elektronen in Photonen umgewandelt werden (höhere Effizienz), gelangen weniger Elektronen durch die Bandlücke zum Leitungsband. Die Elektronen im Leitungsband addieren sich zu V _f, wohingegen diejenigen, die in Photonen umgewandelt werden, nicht in V _{f enthalten sind} .

— Falsch verstanden
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Der Wellenlängenbereich handelsüblicher LEDs mit einer Einzelelement-Ausgangsleistung von mindestens 5 mW beträgt 360 bis 950 nm. Jeder Wellenlängenbereich wird unabhängig vom Hersteller aus einer bestimmten Halbleitermaterialfamilie hergestellt. Quelle: Photonics - Leuchtdioden: Ein Primer .

Der Artikel ist eine Lektüre wert.

Abbildung 1. Der LED- Farbführer von Lumex bietet einen guten Überblick über die verschiedenen LED-Typen, die Chemie und die Wellenlängen. Falls erforderlich, finden Sie eine Erklärung unter LEDs und Farbe (meine).

Wie bei allen Dioden (dem D der LED) ist eine bestimmte Spannung erforderlich, damit die Elektronen sie über den Verarmungsbereich bringen. Das Elektron setzt seine Energie als Photon frei. Ihre Ahnung ist richtig und die Bandlücke des Materials gibt die charakteristische Wellenlänge an. Höhere Bandlücken ergeben kürzere Wellenlängen.

Abbildung 2. Die Durchlassspannungsabfälle variieren mit dem Strom. Was ist eine LED? .

Diese Daten für dieses Diagramm wurden aus verschiedenen Datenblättern entnommen und sorgfältig aufgezeichnet. Die LEDs stammten jedoch von verschiedenen Herstellern, und die Durchlassspannungen variieren geringfügig.

Weiße LEDs sind beispielsweise 450 nm tiefe blaue LEDs, die mit wellenlängenkonvertierenden Leuchtstoffen bedeckt sind. Wenn ein tiefblaues Photon vom Leuchtstoff absorbiert wird, wird es bei einer längeren Wellenlänge (z. B. Blau-Cyan-Grün-Rot) wieder emittiert. Die weiße IV-Kurve ist also dieselbe wie die tiefblaue Kurve innerhalb derselben Produktlinie. Daran arbeite ich noch.

— Transistor
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Während der folgende Text zutrifft, ist die Energie in der Bandlücke nicht in der Durchlassspannung dargestellt. Vf ist ein Ergebnis des spezifischen Widerstands der n-, p- und Dotierstoffe. DAS IST WAHR, ABER ...: Ihre Ahnung ist richtig und die Bandlücke des Materials gibt die charakteristische Wellenlänge an. Höhere Bandlücken ergeben kürzere Wellenlängen.

— Missverstanden

Es ist verknüpft, mit einigen Details, die bedeuten, dass Sie nicht durch alle Punkte eine gerade Linie ziehen können.

Die Energie, die benötigt wird, um ein Photon einer bestimmten Wellenlänge zu erzeugen, legt das absolute Minimum Vf fest, das eine Diode beim Laufen benötigt. Darüber hinaus gibt es weitere kleine Spannungsabfälle, die von der jeweiligen Technologie und den jeweiligen Materialien abhängen, aus denen ein bestimmter Bandlückenhalbleiter hergestellt wird.

IIRC, Gelb und Grün erfordern eine sehr ähnliche Spannung, die wahrscheinlich technologieabhängig ist. Im Allgemeinen benötigen Rot und IR aufgrund des Photonenenergiebedarfs weniger und Blau und UV mehr.

— Neil_UK
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Können Sie etwas genauer erläutern, was in der Technologieabhängigkeit enthalten sein könnte? Wie in meiner Antwort erwähnt, habe ich Probleme, gute Daten für meine LED IV-Kurven zu erhalten. Es gibt Unterschiede bei LEDs verschiedener Hersteller, und als Folge scheint meine gelbe Kurve eine höhere Spannung als die grüne zu haben, wohingegen man erwarten könnte, dass sie zwischen orange und grün liegt.

— Transistor

@Transistor Die Tatsache, dass eine Diode aus 3 Übergängen besteht, zwei mit Metall zu Semi und einer mit Semi zu Semi, bedeutet, dass der Metall zu Semi-Übergang einen Einfluss auf die gesamte Durchlassspannung hat. Ich habe dort aus der Hüfte geschossen und versucht, die Ergebnisse von damals wiederzuerlangen, aber aus Ihren Ergebnissen geht hervor, dass ich mit dem gelb / grünen Ding genau richtig gelegen habe. Ich habe mich gefragt, ob ich Argon / Kalium erwähnen soll, da das Periodensystem im Allgemeinen Atomgewichten folgt, mit Ausnahme einiger Stellen, an denen dies nicht der Fall ist, aber es ist nicht allzu hilfreich.

— Neil_UK

@Transistor Die Photonenenergie hat wenig mit Vf zu tun. Drahtbonden hat nichts mit Vf zu tun. Die Durchlassspannung ist elektronenbezogener als das Photon. Bei höherer Effizienz (Photonen pro Watt) befinden sich weniger Elektronen in der Bandlücke, da mehr Elektronen in Elektronen umgewandelt wurden. Sobald ein Elektron ein Photon wird, kann seine elektrische Energie nicht mehr gemessen werden. Weniger Elektronen bedeuten niedrigere Spannung, niedrigere Spannung bedeutet geringere erzeugte (elektrisch umgewandelte) Wärmeleistung und damit höhere Effizienz. Der Rest ist die Breite der Bandlücke und die Energie, die benötigt wird, um sie zu überqueren.

— Missverstanden

@Neil: Ich hatte das Metall nicht für Semi Junctions gehalten. Ich glaube nicht, dass es in meinem Studium vor vielen Jahrzehnten erwähnt wurde, noch in meiner Lektüre der Hobby-Elektronik-Magazine. Ich werde das weiterverfolgen. Vielen Dank.

— Transistor

@Transistor Sicher, dass die Verbindung und der Draht einen Widerstand haben, dieser ist jedoch minimal (mOhm) und für alle Farben innerhalb derselben Produktlinie gleich hoch. Ebenso wie der Widerstand der Heterostrukturen und der Volumenwiderstand der Materialien zu den internen Serien- und Parallelwiderständen beiträgt, jedoch nicht mit der Wellenlängenenergie zusammenhängt. Aber Heterostrukturen und Volumenbeständigkeit hängen sehr stark mit Vf zusammen.

— Missverstanden