Điều gì gây ra mộtDẪN ĐẾNchuyển sang màu xanh?
Hệ thống chiếu sáng, màn hình và thiết bị điện tử hiện đại đã được biến đổi hoàn toàn nhờ-điốt phát quang (LED), mang lại hiệu quả sử dụng năng lượng, tuổi thọ kéo dài và tính linh hoạt mà bóng đèn sợi đốt hoặc huỳnh quang thông thường không thể sánh được. Ánh sáng xanh đã nổi lên như một trong những màu phổ biến nhất được tạo ra bởi đèn LED và nó cung cấp năng lượng cho mọi thứ, từ đèn pha LED, màn hình điện thoại thông minh cho đến thậm chí cả thiết bị y tế. Tuy nhiên, điều gì đặc biệt kích hoạt ánh sáng xanh mà đèn LED phát ra? Các vật liệu được sử dụng trong quá trình sản xuất, các quyết định kỹ thuật có chủ ý và tính chất vật lý cơ bản của hoạt động của đèn LED đều là chìa khóa cho giải pháp. Để hiểu được hiện tượng này, trước tiên chúng ta phải phân tích quá trình tạo ra ánh sáng-của đèn LED, sau đó xem xét các phần tử cụ thể khiến đầu ra của chúng nghiêng về phần màu xanh lam của phổ điện từ.
Về cơ bản, đèn LED là thiết bị bán dẫn sử dụng quá trình gọi là điện phát quang để tạo ra ánh sáng. Đèn LED tạo ra ánh sáng khi các electron và "lỗ trống" (các hạt mang điện tích dương) kết hợp lại trong vật liệu bán dẫn, trái ngược với bóng đèn sợi đốt tạo ra ánh sáng bằng cách làm nóng dây tóc-một quá trình lãng phí làm mất phần lớn năng lượng dưới dạng nhiệt. Đây là cách nó hoạt động: Các electron từ chất bán dẫn "loại n{3}}" tích điện âm đi qua một điểm nối vào chất bán dẫn "loại p -" tích điện dương khi một dòng điện được cung cấp cho đèn LED. Những electron này giải phóng năng lượng dưới dạng photon hoặc hạt ánh sáng khi chúng va chạm và lấp đầy các lỗ trống trên vật liệu loại p. Năng lượng vùng cấm của chất bán dẫn xác định màu sắc của ánh sáng này; khoảng cách dải càng lớn (sự chênh lệch năng lượng giữa dải hóa trị của chất bán dẫn, chứa lỗ trống và dải dẫn chứa electron), bước sóng của ánh sáng được giải phóng càng ngắn. Đèn LED tạo ra ánh sáng xanh cần chất bán dẫn có khoảng cách dải tương đối rộng vì ánh sáng xanh có bước sóng ngắn (450–495 nanomet). Yếu tố chính và quan trọng nhất ảnh hưởng đến sự phát ra ánh sáng xanh là thuộc tính vật chất này.
Việc tạo ra chất bán dẫn dựa trên gallium nitride (GaN) và các hợp kim liên quan, bao gồm indium gallium nitride (InGaN), là tiến bộ lớn trong công nghệ LED xanh lam, đã được công nhận với Giải Nobel Vật lý năm 2014. Vì các vật liệu bán dẫn điển hình (chẳng hạn như gali arsenide, được sử dụng cho đèn LED màu đỏ và xanh lục) có khoảng cách dải tần quá nhỏ để tạo ra ánh sáng xanh có bước sóng-ngắn, nên các nhà khoa học gặp khó khăn trong việc phát triển hiệu quảđèn LED màu xanhtrước những năm 1990. Mặt khác, GaN có vùng cấm rộng khoảng 3,4 electron volt (eV), chính xác là năng lượng cần thiết để phát ra tia cực tím (UV). Các kỹ sư có thể giảm khoảng cách băng tần bằng cách kết hợp một lượng nhỏ indium vào GaN để tạo ra InGaN. Điều này chuyển ánh sáng đầu ra từ tia cực tím sang màu xanh lam bằng cách giảm năng lượng vùng cấm. Ví dụ, ánh sáng có bước sóng khoảng 450 nm được phát ra bởi chất bán dẫn InGaN có độ rộng dải khoảng 2,7 eV, khiến nó trở nên lý tưởng cho ánh sáng xanh rực rỡ. Vì InGaN có thể được hợp kim hóa để điều chỉnh khoảng cách dải tần nên nó đã trở thành vật liệu tiêu chuẩn cho đèn LED màu xanh lam. Sẽ không thể có đèn LED màu xanh lam (và đèn LED màu trắng phụ thuộc vào chúng) nếu không có chất bán dẫn dựa trên GaN.
Cấu trúc giếng lượng tử của đèn LED là một thành phần quan trọng khác cho phép tạo ra ánh sáng xanh. Một lớp bán dẫn mỏng (thường là InGaN) được đặt giữa hai lớp bán dẫn dày hơn (thường là GaN) được gọi là giếng lượng tử. Các electron và lỗ trống bên trong lớp InGaN bị hạn chế hoặc bị "nhốt" theo cách làm thay đổi mức năng lượng của chúng vì lớp này quá mỏng-thường chỉ dày vài nanomet. Hiệu suất của đèn LED tăng lên nhờ sự giam cầm này, điều này làm tăng khả năng các electron và lỗ trống sẽ kết hợp lại và tạo ra photon. Độ dày và thành phần của giếng lượng tử được điều chỉnh cẩn thận cho đèn LED màu xanh lam; giếng hẹp hơn hoặc nồng độ indium lớn hơn có thể tinh chỉnh-bước sóng phát xạ đến phạm vi màu xanh lam cần thiết. Ví dụ: ánh sáng có thể chuyển sang bước sóng 470 nm từ giếng lượng tử InGaN dày 3-nm{15}}có hàm lượng indium 20% và 460 nm từ giếng 5-nm chứa 15% indium. Đèn LED màu xanh lam đủ sáng cho các ứng dụng thực tế, chẳng hạn như đèn pha LED công suất cao và đèn báo trên thiết bị điện tử, nhờ khả năng của giếng lượng tử trong việc giảm bớt sự tái hợp không bức xạ, tức là sự mất năng lượng dưới dạng nhiệt thay vì ánh sáng.
Ánh sáng xanh cũng có thể là kết quả bất ngờ của đèn LED, đáng chú ý nhất là đèn LED trắng, mặc dù nhiều đèn LED được chế tạo đặc biệt để tạo ra nó. Phần lớn đèn LED trắng sử dụng kỹ thuật "chuyển đổi phốt pho", trong đó chip LED màu xanh lam được phủ một vật liệu phốt pho màu vàng (thường là garnet nhôm yttri pha tạp xeri-hoặc YAG:Ce), vì ánh sáng trắng không thể được tạo ra trực tiếp bởi một chất bán dẫn duy nhất (vì nó yêu cầu kết hợp các bước sóng trên quang phổ khả kiến). Một phần ánh sáng xanh từ đèn LED được hấp thụ và phát lại dưới dạng ánh sáng vàng khi chiếu vào chất lân quang. Đối với mắt con người, ánh sáng xanh còn lại xuất hiện dưới dạng ánh sáng trắng vì nó hòa trộn với ánh sáng vàng. Tuy nhiên, không phải tất cả ánh sáng xanh đều được biến đổi nếu lớp phủ phốt pho không đồng đều, quá mỏng hoặc chất lượng thấp. Điều này có thể tạo ra ánh sáng "trắng mát" hoặc "màu xanh lam{6}}, đặc trưng của các loại đèn rẻ tiềnbóng đèn LEDhoặc đồ đạc cũ có phốt pho đã xuống cấp theo thời gian. Vì ánh sáng xanh ảnh hưởng đến việc sản sinh melatonin nên ánh sáng xanh quá mức từ đèn LED trắng đôi khi có thể gây mỏi mắt hoặc cản trở nhịp sinh học. Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc thiết kế phốt pho thích hợp. Ánh sáng xanh bất ngờ này là do khả năng tích hợp phốt pho kém chứ không phải do khiếm khuyết trong chức năng cơ bản của đèn LED.
Mặc dù ngay từ đầu chúng không "làm" đèn LED tạo ra ánh sáng xanh nhưng điều kiện môi trường cũng có thể ảnh hưởng đến cường độ hoặc cách đèn LED phát ra ánh sáng xanh. Khoảng cách dải tần của chất bán dẫn có thể mở rộng đáng kể khi đèn LED nóng lên (một vấn đề thường gặp trong các ứng dụng có-công suất cao), di chuyển bước sóng phát xạ về phía đầu đỏ của quang phổ. Đây là một ví dụ về cách nhiệt độ ảnh hưởng đến hiệu suất của đèn LED. Điều này có thể gây ra một chút thay đổi về bước sóng đối vớiđèn LED màu xanhtừ 450 nm đến 455 nm, mắt thường khó có thể cảm nhận được nhưng có thể định lượng được bằng dụng cụ. Mặt khác, một số đèn LED hiệu suất cao (chẳng hạn như đèn LED trong máy chiếu) có hệ thống làm mát vì việc chạy chúng ở nhiệt độ thấp hơn có thể cải thiện hiệu suất và lượng ánh sáng xanh phát ra. Mật độ hiện tại là một cân nhắc khác. Mặc dù độ sáng của đèn LED màu xanh lam có thể tăng lên bằng cách tăng dòng điện, nhưng dòng điện quá mức có thể dẫn đến "giảm hiệu suất" hoặc giảm lượng ánh sáng phát ra trên mỗi đơn vị dòng điện. Dòng điện quá mức trong những tình huống khắc nghiệt có thể gây hại cho cấu trúc của giếng lượng tử, dẫn đến hỏng hoàn toàn hoặc biến đổi màu vĩnh viễn, bao gồm cả việc tăng cường phát xạ ánh sáng xanh. Mặc dù các điều kiện bên ngoài này có thể làm thay đổi hiệu suất của đèn LED theo thời gian nhưng chúng không làm thay đổi khả năng tạo ra ánh sáng xanh bên trong của đèn LED.
Tóm lại, ba nguyên nhân chính gây ra sự phát xạ ánh sáng xanh từ đèn LED là năng lượng vùng cấm của vật liệu bán dẫn, ứng dụng hợp kim dựa trên GaN-(chẳng hạn như InGaN) cho phép ánh sáng có bước sóng ngắn- và cấu trúc giếng lượng tử giúp cải thiện hiệu suất và điều chỉnh bước sóng phát xạ. Mặc dù ánh sáng xanh lam không mong muốn (như trong một số đèn LED trắng nhất định) là do các vấn đề liên quan đến phốt pho-, nhưng đèn LED xanh lam được thiết kế có chủ ý sử dụng các nguyên tắc tương tự để cung cấp ánh sáng xanh lam rực rỡ, hiệu quả cho các ứng dụng cụ thể. Mặc dù chúng có thể tác động đến hiệu suất nhưng các điều kiện môi trường như nhiệt độ và dòng điện không làm thay đổi cơ chế cơ bản của phát xạ ánh sáng xanh. Biết được những lý do này không chỉ làm sáng tỏ sự tồn tại củađèn LED màu xanhmà còn thu hút sự chú ý đến những tiến bộ kỹ thuật đã cho phép chúng, những tiến bộ vẫn thúc đẩy phát triển hệ thống chiếu sáng, màn hình và năng lượng tái tạo. Các nhà nghiên cứu đang xem xét các vật liệu mới (chẳng hạn như nhôm gali nitrit cho ánh sáng xanh đậm hơn hoặc tia cực tím) và các thiết kế để tăng hiệu quả củađèn LED màu xanhkhi công nghệ LED tiến bộ. Điều này có thể dẫn đến những ứng dụng mới trong trị liệu y tế, lọc nước và-màn hình thế hệ tiếp theo.
Câu hỏi thường gặp
Q1. Làm thế nào tôi có thể lấy mẫu này?
A1: Xin chào, việc này thật dễ dàng. Hãy cho tôi địa chỉ của bạn và cho tôi biết bạn cần mặt hàng nào, chúng tôi sẽ sắp xếp gửi cho bạn bằng DHL hoặc FedEx.
Câu 2: Chất lượng của bạn thế nào?
A2: Tất cả các nguyên liệu thô có chất lượng hàng đầu để đảm bảo độ sáng cao và đủ độ sáng.
Câu 3: Còn về thời gian dẫn đầu thì sao?
A3: Mẫu cần 3-5 ngày, thời gian sản xuất hàng loạt cần 25-40 ngày sau khi nhận được tiền đặt cọc
Công ty TNHH Công nghệ chiếu sáng Benwei Thâm Quyến
Điện thoại: +86 0755 27186329
Điện thoại di động(+86)18673599565
Whatsapp: 19113306783
E-mail:bwzm15@benweilighting.com
Skype:benweilight88
Web: www.benweilight.com
