A diferença de tensão de queda do LED entre as cores está ligada à energia do comprimento de onda diferente?

Para mim, parece que os LEDs que emitem luz com menos energia (por exemplo, infravermelho e vermelho) têm menos queda direta de tensão do que aqueles com mais energia associada ao seu comprimento de onda (como azul ou UV).

Isso seria fascinante.

Essa é uma correlação verdadeira ou depende apenas da tecnologia disponível?

led

— valerio_new
fonte

Sim. É uma verdadeira correlação. Nota: alguns LEDs podem empregar fósforos. Nesse caso, eles podem ser, por exemplo, LEDs UV com fósforo nas lentes. A cor vista pelo observador será determinada pelos fósforos. Mas, caso contrário, sim, a energia do fóton e a voltagem direta estão intimamente relacionadas.

— Mkeith 16/09/19

Não é apenas correto, você pode usá-lo para calcular a constante de Planck! Obtenha vários LEDs de comprimentos de onda conhecidos. Calcule suas frequências usando c = fλ . Meça suas voltagens para frente. Calcule a energia multiplicando pela carga elementar: E = Vq . Agora plote E versus fe a inclinação será a constante de Planck, h .

— DrSheldon

@mkeith se o que você diz é verdade, por que é quando o comprimento de onda de um LED InGaN diminui de azul profundo para azul para ciano para verde a energia transportada pelos fótons diminui e Vf aumenta?

— Incompreendido

@DrSheldon Você teria que medir a energia do bandgap, compensar as características térmicas e ter a quantidade total de energia. Você também precisa da distribuição espectral e do número de fótons que produzem cada comprimento de onda. Veja este link e tente calcular de trás para frente sabendo apenas a energia total. berthold-bio.com/service-support/support-portal/knowledge-base/… - usei as fórmulas desse link para criar esta página e testei com um espectrômetro: growlightresearch.com/ppfd/convert.html

— Incompreendido

@ Entendido mal, levarei muito tempo para digerir tudo o que você escreveu em sua resposta. Mas se eu olhar para o seu gráfico extraído do livro, parece que a energia do bandgap e a voltagem direta estão muito bem correlacionadas, mesmo que alguns dos pontos de AlGaInN estejam acima da linha de tendência.

— Mkeith 17/09

Respostas:

O nível de energia dos fótons não é a razão pela qual V _f aumenta com o nível de energia dos fótons.

Por quê? Porque isso nem sempre acontece.

Aqui está o nível de energia de 100 µmol para quatro comprimentos de onda dos LEDs InGaN e seus V _f .

Observe como, à medida que o V _f aumenta, a energia diminui.

Fonte V _f : Folha de dados de cores rebeldes luminadas
Energia de origem: Como converter irradiância em fluxo de fótons?
e conversões fotométricas, radiométricas e quânticas

Um fóton não pode ser medido com um voltímetro.
O fóton e a energia que ele carrega foram emitidos pelo LED.
Então, como a energia de um fóton pode ser incluída no _Vf quando está viajando na velocidade da luz para longe do LED?

A energia do fóton não contribui diretamente para V _f .
A resistividade instantânea dos materiais utilizados é o que determina V _f

Mais energia = menos fótons

Esta questão é baseada no fato de que um fóton de comprimento de onda maior carrega menos energia do que um fóton de comprimento de onda menor.
Um fóton vermelho escuro de 660 nm transporta 66% da energia que um fóton azul profundo.

Mas isso é apenas parte da equação.

3,76 µmols de fótons azuis profundos a 450 nm transportarão 1 watt de energia.
5,52 µmols de fótons vermelhos profundos de 660 nm transportarão 1 watt de energia.

Isso representa 56% mais fótons vermelhos que azuis por watt.

É necessário um elétron para criar 1 fóton.
1 µmol = 602.214.076.000.000.000

Então é uma espécie de lavagem.
Enquanto o azul transporta mais energia, menos fótons azuis são gerados por watt.
Enquanto o vermelho carrega menos energia, mais fótons vermelhos são gerados por watt.
Fonte: Conversões Fotométricas, Radiométricas, Quânticas

Em relação à reivindicação

uma certa voltagem é necessária para que os elétrons os transportem pela região de depleção. O elétron libera sua energia como um fóton.
... o intervalo de banda do material fornece o comprimento de onda característico. Os intervalos de banda mais altos fornecem comprimentos de onda mais curtos.

Enquanto a energia no intervalo de banda se aproxima da energia óptica liberada, a energia
do intervalo de banda não é representada em V_f

A energia do bandgap aproxima a energia óptica liberada somente se as características térmicas do LED forem negligenciadas.
Fonte: Diodos emissores de luz por E. Fred Schubert

Se você fosse ao Digikey e classificasse os LEDs brancos (ascendentes) por V _f,
você encontrará na coluna adjacente a eficácia (lm / W), os LEDs com eficácia muito alta. Então, se você classificar por eficácia (crescente), encontrará _Vf mais alto .

Com mais elétrons sendo convertidos em fótons (maior eficácia), há menos elétrons que passam pelo intervalo da banda para a banda de condução. Os elétrons na banda de condução serão adicionados ao _Vf, enquanto os convertidos em fótons não estão incluídos no _Vf .

— Incompreendido
fonte

A faixa de comprimento de onda dos LEDs disponíveis no mercado com potência de saída de elemento único de pelo menos 5 mW é de 360 a 950 nm. Cada faixa de comprimento de onda é feita a partir de uma família específica de materiais semicondutores, independentemente do fabricante. Fonte: Fotônica - Diodos emissores de luz: uma cartilha .

Vale a pena ler o artigo.

Figura 1. O guia de cores de LED da Lumex fornece uma boa visão geral dos vários tipos de LED, química e comprimentos de onda. Para alguma explicação, se necessário, consulte LEDs e cores (meus).

Como todos os diodos (o D do LED), é necessária uma certa tensão para que os elétrons os transportem pela região de depleção. O elétron libera sua energia como um fóton. Seu palpite está correto e o intervalo de banda do material fornece o comprimento de onda característico. Os intervalos de banda mais altos fornecem comprimentos de onda mais curtos.

Figura 2. A queda de tensão direta varia com a corrente. O que é um LED? .

Estes dados para este gráfico foram retirados de várias folhas de dados e cuidadosamente plotados. Os LEDs, no entanto, eram de diferentes fabricantes e há alguma variação nas tensões diretas.

Os LEDs brancos, por exemplo, são LEDs azuis de 450 nm de profundidade cobertos com fósforos de conversão de comprimento de onda. Quando um fóton azul profundo é absorvido pelo fósforo, ele é reemitido com um comprimento de onda mais longo (por exemplo, azul-ciano-verde-vermelho). Portanto, a curva IV branca será a mesma que a curva azul profunda na mesma linha de produtos. Eu ainda estou trabalhando nisso.

— Transistor
fonte

Enquanto o texto a seguir é verdadeiro, a energia no intervalo de banda não é representada na voltagem direta. Vf é o resultado da resistividade de n, pe dopantes. ISTO É VERDADE, MAS ...: Seu palpite está correto e a folga da banda do material fornece o comprimento de onda característico. Os intervalos de banda mais altos fornecem comprimentos de onda mais curtos.

— Incompreendido

Está vinculado, com alguns detalhes que significam que você não pode desenhar uma linha reta em todos os pontos.

A energia necessária para criar um fóton de qualquer comprimento de onda específico define o Vf mínimo absoluto que um diodo exige ao funcionar. Além disso, existem outras pequenas quedas de tensão dependentes da tecnologia específica, dos materiais específicos que formam um semicondutor de bandgap específico.

IIRC, amarelo e verde requerem uma voltagem muito semelhante, provavelmente dependente da tecnologia. Mas, geralmente, o vermelho e o IR exigem menos, e o azul e os UV mais, devido à necessidade de energia dos fótons.

— Neil_UK
fonte

Você pode adicionar alguns detalhes sobre o que pode estar incluído na dependência de tecnologia? Como mencionado na minha resposta, estou tendo problemas para obter bons dados para minhas curvas de LED IV. Existem diferenças nos LEDs de diferentes fabricantes e, como resultado, minha curva amarela parece ter uma voltagem mais alta que o verde, enquanto se pode esperar que ela fique entre laranja e verde.

— Transistor

@Transistor: o fato de um diodo ter 3 junções, duas com metal para semi e apenas uma com semi para semi, significa que as junções metal para semi terão uma influência na tensão direta total. Eu estava atirando do quadril lá, tentando recuperar os resultados do caminho de volta, mas a partir dos seus resultados, parece que eu estava bem com a coisa amarela / verde. Eu me perguntei se deveria mencionar argônio / potássio, como onde a tabela periódica geralmente segue pesos atômicos, exceto em alguns lugares onde não, mas não ajuda muito.

— Neil_UK 16/09

@Transistor A energia do fóton tem pouco a ver com Vf. A ligação do fio não tem nada a ver com Vf. A voltagem direta está mais relacionada ao elétron que ao fóton. Com maior eficácia (fótons por watt), há menos elétrons no intervalo de banda, à medida que mais elétrons são convertidos em elétrons. Uma vez que um elétron se torna um fóton, sua energia elétrica não pode mais ser medida. Menos elétrons significa menor voltagem, menor voltagem significa menor potência térmica gerada (conversão elétrica) e, portanto, maior eficácia. O restante é a largura do intervalo de banda e a energia necessária para atravessá-lo.

— Incompreendido

@ Neil: Eu não tinha considerado o metal para semi junções. Não acho que isso tenha sido mencionado nos meus estudos, há muitas décadas, nem na minha leitura das revistas de eletrônicos de hobby. Eu vou acompanhar isso. Obrigado.

— Transistor

@Transistor verifique se a ligação e o fio terão resistência, mas é mínimo (mOhms) e é a mesma quantidade de resistência em todas as cores da mesma linha de produtos. Assim como a resistência das heteroestruturas e a resistência aparente dos materiais aumentam as resistências seriais e paralelas internas, mas não estão relacionadas à energia do comprimento de onda. Mas heteroestruturas e resistência a granel estão muito relacionadas a Vf.

— Incompreendido