Apakah perbedaan tegangan jatuh LED antara warna terkait dengan energi panjang gelombang yang berbeda?

Bagi saya tampak bahwa LED yang memancarkan cahaya dengan energi yang lebih sedikit (misalnya IR dan merah) memiliki lebih sedikit drop tegangan maju daripada yang memiliki lebih banyak energi yang terkait dengan panjang gelombang mereka (seperti biru atau UV).

Itu akan sangat menarik.

Apakah ini korelasi yang benar atau hanya bergantung pada teknologi yang tersedia?

led valerio_new
sumber

Iya nih. Ini adalah korelasi yang benar. Catatan: beberapa LED mungkin menggunakan fosfor. Jika demikian, mereka mungkin, misalnya, LED UV dengan fosfor di lensa. Warna yang dilihat oleh pengamat akan ditentukan oleh fosfor. Tetapi sebaliknya, ya, energi foton dan tegangan maju saling terkait erat.

mkeith

Tidak hanya itu benar, Anda dapat menggunakannya untuk menghitung konstanta Planck! Dapatkan banyak LED dengan panjang gelombang yang diketahui. Hitung frekuensinya menggunakan c = fλ . Ukur tegangan maju mereka. Hitung energi dengan mengalikan dengan muatan dasar: E = Vq . Sekarang plot E versus f dan kemiringan akan menjadi konstanta Planck, h .

DrSheldon

@ ingat jika apa yang Anda katakan itu benar, mengapa ketika panjang gelombang LED InGaN memendek dari biru ke biru menjadi cyan menjadi hijau, energi yang dibawa oleh foton berkurang dan Vf meningkat?

Disalahpahami

@DrSheldon Anda harus mengukur energi celah pita, mengimbangi karakteristik termal, maka Anda akan memiliki jumlah total energi. Anda juga membutuhkan distribusi spektral, dan jumlah foton setiap panjang gelombang. Lihat tautan ini dan coba hitung mundur dari hanya mengetahui total energi. berthold-bio.com/service-support/support-portal/knowledge-base/… - Saya menggunakan rumus dari tautan itu untuk membuat halaman ini dan diuji dengan spektrometer: growlightresearch.com/ppfd/convert.html

Misunderstood

@Misunderstood, saya butuh waktu lama untuk mencerna semua yang Anda tulis dalam jawaban Anda. Tetapi jika saya melihat grafik Anda yang dikutip dari buku teks, jelas terlihat bahwa energi celah pita dan tegangan maju berkorelasi cukup baik, bahkan jika beberapa titik AlGaInN berada di atas garis tren.

mkeith

Jawaban:

Tingkat energi foton bukan alasan mengapa _Vf naik dengan tingkat energi foton.

Mengapa? Karena itu tidak selalu terjadi.

Berikut adalah tingkat energi 100 μmol untuk empat panjang gelombang LED InGaN dan V _f .

Perhatikan bagaimana ketika _Vf naik, energinya berkurang.

Sumber V _f : Lembar
Data Warna Pemberian Lumil Energi Sumber: Bagaimana cara mengubah radiasi menjadi fluks foton?
dan Fotometrik, Radiometrtik, Konversi Kuantum

Foton tidak dapat diukur dengan volt meter.
Foton dan energi yang dibawanya telah dipancarkan dari LED.
Jadi bagaimana mungkin energi foton dapat dimasukkan ke dalam _Vf ketika mati bepergian dengan kecepatan cahaya dari LED?

Energi foton tidak secara langsung berkontribusi pada V _f .
Resistivitas sesaat dari bahan yang digunakan adalah yang menentukan V _f

Lebih Banyak Energi = Lebih Sedikit Foton

Pertanyaan ini didasarkan pada fakta bahwa foton panjang gelombang yang lebih panjang membawa lebih sedikit energi daripada foton panjang gelombang yang lebih pendek.
Foton merah sedalam 660 nm membawa energi sebanyak 66% dari foton biru tua.

Tapi itu hanya bagian dari persamaan.

3,76 µmol dari 450 nm blue photon akan membawa 1 watt energi.
5,52 μmol dari foton merah sedalam 660 nm akan membawa energi 1 watt.

Itu 56% lebih banyak foton merah daripada biru per watt.

Dibutuhkan satu elektron untuk membuat 1 foton.
1 µmol = 602.214.076.000.000.000

Jadi itu semacam cucian.
Sementara biru membawa lebih banyak energi, lebih sedikit foton biru yang dihasilkan per watt.
Sementara merah membawa lebih sedikit energi, lebih banyak foton merah dihasilkan per watt.
Sumber: Fotometrik, Radiometrtik, Konversi Kuantum

Mengenai klaim

diperlukan voltase tertentu agar elektron dapat melintasi daerah penipisan. Elektron melepaskan energinya sebagai foton.
... celah pita material memberikan panjang gelombang karakteristik. Bandgaps yang lebih tinggi memberikan panjang gelombang yang lebih pendek.

Sementara energi dalam celah pita mendekati energi optik yang dilepaskan,
energi celah pita tidak diwakili dalam V _f

Energi celah pita mendekati energi optik yang dilepaskan hanya jika karakteristik termal LED diabaikan.
Sumber: Light Emitting Diodes oleh E. Fred Schubert

Jika Anda pergi ke Digikey dan mengurutkan (naik) LED putih dengan V _f
Anda akan menemukan di kolom yang berdekatan, kemanjuran (lm / W), LED dengan kemanjuran yang sangat tinggi. Kemudian jika Anda urutkan berdasarkan efikasi (naik) Anda akan menemukan V lebih tinggi _f .

Dengan lebih banyak elektron yang dikonversi menjadi foton (kemanjuran yang lebih tinggi) ada lebih sedikit elektron yang berhasil melewati celah pita ke pita konduksi. Elektron dalam pita konduksi akan menambah V _f sedangkan yang dikonversi menjadi foton tidak termasuk dalam V _f .

Disalahpahami
sumber

Rentang panjang gelombang LED yang tersedia secara komersial dengan daya output elemen tunggal minimal 5 mW adalah 360 hingga 950 nm. Setiap rentang panjang gelombang dibuat dari keluarga material semikonduktor tertentu, terlepas dari pabrikannya. Sumber: Photonics - Light-Emitting Diode: A Primer .

Artikel ini layak dibaca.

Gambar 1. Panduan warna LED dari Lumex memberikan gambaran yang baik tentang berbagai jenis LED, kimia dan panjang gelombang. Untuk beberapa penjelasan, jika diperlukan, lihat LED dan warna (milik saya).

Seperti semua dioda (D LED), voltase tertentu diperlukan agar elektron melintasi daerah penipisan. Elektron melepaskan energinya sebagai foton. Firasat Anda benar dan celah pita material memberikan panjang gelombang karakteristik. Bandgaps yang lebih tinggi memberikan panjang gelombang yang lebih pendek.

Gambar 2. Penurunan tegangan maju bervariasi dengan arus. Apa itu LED? .

Data untuk grafik ini diambil dari berbagai lembar data dan diplot dengan cermat. LED, bagaimanapun, berasal dari produsen yang berbeda dan ada beberapa variasi dalam tegangan maju.

LED putih, misalnya, adalah 450nm LED biru tua yang ditutupi dengan fosfor mengkonversi panjang gelombang. Ketika foton berwarna biru tua diserap oleh fosfor, ia dipancarkan kembali pada panjang gelombang yang lebih panjang (misalnya biru-cyan-hijau-merah). Jadi kurva IV putih akan sama dengan kurva biru tua di dalam lini produk yang sama. Saya masih mengerjakan ini.

Transistor
sumber

Sementara teks berikut ini benar, energi dalam celah pita tidak ditunjukkan dalam tegangan maju. Vf adalah hasil dari resistivitas n, p dan dopan. INI BENAR, TETAPI ...: Firasat Anda benar dan celah pita dari materi memberikan panjang gelombang karakteristik. Bandgaps yang lebih tinggi memberikan panjang gelombang yang lebih pendek.

Disalahpahami

Tertaut, dengan beberapa detail yang berarti Anda tidak dapat menggambar garis lurus melalui semua poin.

Energi yang diperlukan untuk membuat foton dari panjang gelombang tertentu menentukan Vf minimum absolut yang diperlukan dioda ketika berjalan. Selain itu, ada penurunan voltase kecil lebih lanjut tergantung pada teknologi tertentu, bahan tertentu yang membuat semikonduktor celah pita tertentu.

IIRC, kuning dan hijau memerlukan voltase yang sangat mirip, yang mungkin bergantung pada teknologi. Tetapi umumnya, merah dan IR memang membutuhkan lebih sedikit, dan biru dan UV lebih banyak, karena kebutuhan energi foton.

Neil_UK
sumber

Bisakah Anda menambahkan beberapa detail tentang apa yang mungkin termasuk dalam ketergantungan teknologi? Seperti yang disebutkan dalam jawaban saya, saya kesulitan mendapatkan data yang bagus untuk kurva LED IV saya. Ada perbedaan dalam LED dari produsen yang berbeda dan sebagai hasilnya kurva kuning saya tampaknya memiliki tegangan lebih tinggi daripada hijau sedangkan orang mungkin berharap itu berada di antara oranye dan hijau.

Transistor

@Transistor fakta bahwa dioda adalah 3 persimpangan, dua dengan logam ke semi, dan hanya satu dengan semi ke semi, berarti bahwa logam ke semi persimpangan akan memiliki pengaruh pada total tegangan maju. Saya menembak dari pinggul sana, mencoba mengingat hasil dari jalan kembali, tetapi dari hasil Anda sepertinya saya tepat dengan benda kuning / hijau. Saya bertanya-tanya apakah akan menyebutkan argon / kalium, karena tabel periodik umumnya mengikuti bobot atom, kecuali untuk beberapa tempat di mana tidak, tetapi tidak terlalu membantu.

Neil_UK

@ Transistor Energi foton tidak ada hubungannya dengan Vf. Ikatan kawat tidak ada hubungannya dengan Vf. Tegangan maju lebih terkait elektron daripada foton. Dengan kemanjuran yang lebih besar (foton per watt) ada lebih sedikit elektron dalam celah pita karena lebih banyak elektron telah dikonversi menjadi elektron. Begitu sebuah elektron menjadi foton, energi listriknya tidak lagi dapat diukur. Lebih sedikit elektron berarti tegangan yang lebih rendah, tegangan yang lebih rendah berarti daya panas yang dihasilkan lebih rendah (konversi listrik) dan karenanya kemanjuran lebih tinggi. Sisanya adalah lebar celah pita dan energi yang dibutuhkan untuk melewatinya.

Disalahpahami

@ Neil: Saya belum mempertimbangkan logam untuk setengah persimpangan. Saya tidak berpikir itu disebutkan dalam studi saya, beberapa dekade yang lalu, atau dalam membaca majalah elektronik hobi. Saya akan menindaklanjutinya. Terima kasih.

Transistor

@ Transistor yakin ikatan dan kawat akan memiliki resistansi tetapi minimal (mOhms) dan jumlah resistansi yang sama di semua warna dalam lini produk yang sama. Sama seperti resistansi heterostruktur, dan resistansi curah material menambah resistansi serial dan paralel internal tetapi tidak terkait dengan energi panjang gelombang. Tapi heterostruktur, dan resistensi massal sangat terkait dengan Vf.

Disalahpahami