อะไรทำให้ LED เปลี่ยนเป็นสีน้ำเงิน

อะไรทำให้เกิดนำเปลี่ยนเป็นสีฟ้าเหรอ?

ระบบแสงสว่าง จอแสดงผล และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ได้รับการเปลี่ยนแปลงโดยสิ้นเชิงด้วย-ไดโอดเปล่งแสง (LED) ซึ่งให้ประสิทธิภาพในการใช้พลังงาน อายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น และความอเนกประสงค์ที่หลอดไส้หรือหลอดฟลูออเรสเซนต์ทั่วไปไม่สามารถเทียบได้ แสงสีน้ำเงินกลายเป็นสีที่พบบ่อยที่สุดสีหนึ่งที่ผลิตโดย LED และให้พลังงานแก่ทุกสิ่งตั้งแต่ไฟหน้า LED ไปจนถึงหน้าจอสมาร์ทโฟน แม้กระทั่งอุปกรณ์ทางการแพทย์ อย่างไรก็ตาม อะไรทำให้เกิดแสงสีน้ำเงินที่ LED ปล่อยออกมาโดยเฉพาะ วัสดุที่ใช้ในการผลิต การตัดสินใจทางเทคนิคโดยเจตนา และหลักฟิสิกส์พื้นฐานของการทำงานของ LED ล้วนถือเป็นกุญแจสำคัญในการแก้ปัญหา เพื่อทำความเข้าใจปรากฏการณ์นี้ อันดับแรกเราต้องแยก-กระบวนการสร้างแสงของ LED แล้วดูองค์ประกอบเฉพาะที่ทำให้เอาท์พุตเอียงไปทางส่วนสีน้ำเงินของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า

โดยพื้นฐานแล้ว LED คืออุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้กระบวนการที่เรียกว่าอิเล็กโทรลูมิเนสเซนซ์เพื่อสร้างแสง LED ผลิตแสงเมื่ออิเล็กตรอนและ "รู" (พาหะประจุบวก) รวมตัวกันอีกครั้งภายในวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ ตรงข้ามกับหลอดไส้ ซึ่งผลิตแสงโดยการให้ความร้อนแก่เส้นใย- ซึ่งเป็นกระบวนการสิ้นเปลืองที่สูญเสียพลังงานส่วนใหญ่ไปในรูปของความร้อน นี่คือวิธีการทำงาน: อิเล็กตรอนจากเซมิคอนดักเตอร์ "n-type" ที่มีประจุลบข้ามจุดเชื่อมต่อไปยังเซมิคอนดักเตอร์ "p-type" ที่มีประจุบวก เมื่อมีการจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับ LED อิเล็กตรอนเหล่านี้จะปล่อยพลังงานในรูปของโฟตอนหรืออนุภาคของแสง ขณะที่พวกมันกระทบและเติมเต็มรูในวัสดุประเภท p- พลังงานช่องว่างแถบความถี่ของเซมิคอนดักเตอร์จะกำหนดเฉดสีของแสงนี้ ยิ่งช่องว่างของแถบความถี่มากขึ้น (ค่าพลังงานที่แตกต่างกันระหว่างแถบเวเลนซ์ของเซมิคอนดักเตอร์ซึ่งมีรู และแถบการนำไฟฟ้าซึ่งมีอิเล็กตรอนอยู่) ความยาวคลื่นของแสงที่ปล่อยออกมาก็จะยิ่งสั้นลง LED ที่สร้างแสงสีน้ำเงินจำเป็นต้องใช้เซมิคอนดักเตอร์ที่มีช่องว่างของแถบความถี่ที่ค่อนข้างกว้าง เนื่องจากแสงสีน้ำเงินมีความยาวคลื่นสั้น (450–495 นาโนเมตร) ปัจจัยหลักและสำคัญที่สุดที่มีอิทธิพลต่อการปล่อยแสงสีน้ำเงินคือคุณลักษณะของวัสดุนี้
            

การสร้างเซมิคอนดักเตอร์จากแกลเลียมไนไตรด์ (GaN) และโลหะผสมที่เกี่ยวข้อง รวมถึงอินเดียมแกลเลียมไนไตรด์ (InGaN) ถือเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญในเทคโนโลยี LED สีน้ำเงิน ซึ่งได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 2014 เนื่องจากวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ทั่วไป (เช่น แกลเลียมอาร์เซไนด์ ซึ่งใช้สำหรับไฟ LED สีแดงและสีเขียว) มีช่องว่างของแถบเล็กเกินไปที่จะสร้างแสงสีน้ำเงินความยาวคลื่นสั้น- นักวิทยาศาสตร์จึงประสบปัญหาในการพัฒนาอย่างมีประสิทธิภาพไฟ LED สีฟ้าก่อนปี 1990 ในทางกลับกัน GaN มีช่องว่างแถบกว้างประมาณ 3.4 อิเล็กตรอนโวลต์ (eV) ซึ่งเป็นพลังงานที่จำเป็นสำหรับการปล่อยแสงอัลตราไวโอเลต (UV) วิศวกรสามารถลดช่องว่างของแถบความถี่ได้โดยการผสมอินเดียมจำนวนเล็กน้อยลงใน GaN เพื่อสร้าง InGaN สิ่งนี้จะเปลี่ยนแสงเอาท์พุตจากอัลตราไวโอเลตเป็นสีน้ำเงินโดยการลดพลังงานช่องว่างของแถบความถี่ ตัวอย่างเช่น แสงที่มีความยาวคลื่นประมาณ 450 นาโนเมตรจะถูกปล่อยออกมาโดยเซมิคอนดักเตอร์ InGaN ที่มีช่องว่างของแถบประมาณ 2.7 eV ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการส่องสว่างสีฟ้าสดใส เนื่องจากสามารถผสม InGaN เพื่อปรับช่องว่างของแถบความถี่ได้ จึงกลายเป็นวัสดุมาตรฐานสำหรับ LED สีน้ำเงิน ไฟ LED สีฟ้า (และไฟ LED สีขาวที่ขึ้นอยู่กับไฟเหล่านี้) จะเป็นไปไม่ได้หากไม่มีเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้ GaN-

โครงสร้างหลุมควอนตัมของ LED เป็นอีกหนึ่งองค์ประกอบสำคัญที่ช่วยให้เกิดแสงสีน้ำเงินได้ ชั้นบางๆ ของเซมิคอนดักเตอร์ (โดยปกติคือ InGaN) ที่วางอยู่ระหว่างชั้นที่หนากว่าสองชั้นของเซมิคอนดักเตอร์อื่น (โดยปกติคือ GaN เอง) เรียกว่าหลุมควอนตัม อิเล็กตรอนและรูภายในชั้น InGaN ถูกจำกัดหรือ "ติดอยู่" ในลักษณะที่ทำให้ระดับพลังงานของพวกมันเปลี่ยนไปเนื่องจากชั้นนั้นบางมาก-โดยทั่วไปมีความหนาเพียงไม่กี่นาโนเมตร ประสิทธิภาพของ LED จะเพิ่มขึ้นตามการจำกัดนี้ ซึ่งเพิ่มความเป็นไปได้ที่อิเล็กตรอนและรูจะรวมตัวกันอีกครั้งและผลิตโฟตอน ความหนาและองค์ประกอบของหลุมควอนตัมได้รับการควบคุมอย่างระมัดระวังสำหรับไฟ LED สีน้ำเงิน บ่อน้ำที่แคบลงหรือมีความเข้มข้นของอินเดียมมากขึ้นสามารถ-ปรับความยาวคลื่นที่ปล่อยออกมาให้เป็นช่วงสีน้ำเงินที่ต้องการได้ ตัวอย่างเช่น แสงอาจเปลี่ยนไปเป็น 470 นาโนเมตรจากหลุมควอนตัม InGaN หนา 3-นาโนเมตร- ที่มีปริมาณอินเดียม 20% และ 460 นาโนเมตรจากหลุมขนาด 5- นาโนเมตรและมีอินเดียม 15% ไฟ LED สีฟ้ามีความสว่างเพียงพอสำหรับการใช้งานจริง เช่น ฟลัดไลท์ LED กำลังสูงและไฟแสดงสถานะบนอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เนื่องจากความสามารถของหลุมควอนตัมในการลดการรวมตัวกันแบบไม่แผ่รังสี ซึ่งเป็นการสูญเสียพลังงานเป็นความร้อนมากกว่าแสง

แสงสีน้ำเงินอาจเป็นผลลัพธ์ที่ไม่คาดคิดของ LED ได้เช่นกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง LED สีขาวที่สะดุดตาที่สุด แม้ว่า LED จำนวนมากจะถูกสร้างขึ้นมาเพื่อสร้างมันขึ้นมาโดยเฉพาะก็ตาม LED สีขาวส่วนใหญ่ใช้เทคนิค "การแปลงฟอสเฟอร์" ซึ่งชิป LED สีฟ้าถูกเคลือบด้วยวัสดุฟอสเฟอร์สีเหลือง (โดยทั่วไปแล้วคืออะลูมิเนียมโกเมนอิตเทรียมที่เจือด้วยซีเรียม- หรือ YAG:Ce) เนื่องจากแสงสีขาวไม่สามารถสร้างขึ้นได้โดยตรงจากเซมิคอนดักเตอร์ตัวเดียว (เนื่องจากต้องใช้ความยาวคลื่นผสมกันทั่วทั้งสเปกตรัมที่มองเห็นได้) แสงสีฟ้าส่วนหนึ่งจาก LED จะถูกดูดซับและส่งกลับเป็นแสงสีเหลืองเมื่อกระทบกับสารเรืองแสง ในสายตามนุษย์ แสงสีน้ำเงินที่เหลือจะปรากฏเป็นแสงสีขาวเนื่องจากมันผสมผสานกับแสงสีเหลือง แสงสีน้ำเงินไม่ได้เปลี่ยนไปทั้งหมด หากสารเคลือบฟอสเฟอร์ไม่สม่ำเสมอ บางเกินไป หรือมีคุณภาพต่ำ ซึ่งสามารถสร้างแสง "สีขาวนวล" หรือ "สีฟ้า-" ซึ่งเป็นเรื่องปกติที่มีราคาไม่แพงหลอดไฟ LEDหรืออุปกรณ์ติดตั้งเก่าที่มีสารเรืองแสงที่เสื่อมสภาพตามกาลเวลา เนื่องจากแสงสีน้ำเงินส่งผลต่อการสร้างเมลาโทนิน แสงสีน้ำเงินที่มากเกินไปจากไฟ LED สีขาวในบางครั้งอาจกระตุ้นให้เกิดอาการปวดตาหรือรบกวนจังหวะการเต้นของหัวใจได้ สิ่งนี้เน้นย้ำถึงความสำคัญของการออกแบบสารเรืองแสงที่เหมาะสม แสงสีน้ำเงินที่ไม่คาดคิดนี้เกิดจากการรวมตัวของฟอสเฟอร์ที่ไม่ดี แทนที่จะเป็นข้อบกพร่องในการทำงานพื้นฐานของ LED

แม้ว่าจะไม่ "ทำให้" LED สร้างแสงสีน้ำเงินตั้งแต่แรก แต่สภาพแวดล้อมก็อาจส่งผลต่อความเข้มหรือลักษณะที่ LED เปล่งแสงสีน้ำเงินได้เช่นกัน ช่องว่างแถบความถี่ของเซมิคอนดักเตอร์อาจกว้างขึ้นอย่างมากเมื่อ LED ร้อนขึ้น (ปัญหาทั่วไปในแอปพลิเคชันพลังงานสูง-) ทำให้ความยาวคลื่นที่ปล่อยออกมาเคลื่อนไปทางปลายสีแดงของสเปกตรัม นี่เป็นตัวอย่างหนึ่งที่แสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิส่งผลต่อประสิทธิภาพของ LED อย่างไร ซึ่งอาจส่งผลให้ความยาวคลื่นเปลี่ยนแปลงไปเล็กน้อยสำหรับไฟ LED สีฟ้าจาก 450 นาโนเมตรถึง 455 นาโนเมตร ซึ่งแทบจะมองไม่เห็นด้วยตาเปล่า แต่สามารถวัดปริมาณได้ด้วยเครื่องมือต่างๆ ในทางกลับกัน ไฟ LED ประสิทธิภาพสูง-บางดวง (เช่น ที่พบในโปรเจ็กเตอร์) มีระบบระบายความร้อน เนื่องจากการทำงานที่อุณหภูมิต่ำกว่าสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพและเอาท์พุตของแสงสีน้ำเงินได้ ความหนาแน่นกระแสเป็นข้อพิจารณาอีกประการหนึ่ง แม้ว่าความสว่างของ LED สีน้ำเงินจะเพิ่มขึ้นได้โดยการเพิ่มกระแสไฟฟ้า แต่กระแสไฟฟ้าที่มากเกินไปอาจส่งผลให้ "ประสิทธิภาพลดลง" หรือปริมาณแสงที่ส่งออกต่อหน่วยกระแสไฟลดลง กระแสไฟฟ้าที่มากเกินไปในสถานการณ์ที่รุนแรงอาจเป็นอันตรายต่อโครงสร้างของหลุมควอนตัม ส่งผลให้เกิดความล้มเหลวทั้งหมดหรือการเปลี่ยนสีถาวรซึ่งรวมถึงการปล่อยแสงสีน้ำเงินที่เพิ่มขึ้น แม้ว่าสภาวะภายนอกเหล่านี้สามารถเปลี่ยนประสิทธิภาพของ LED เมื่อเวลาผ่านไป แต่ไม่ได้เปลี่ยนความสามารถภายในของ LED ในการสร้างแสงสีน้ำเงิน

โดยสรุป สาเหตุหลักสามประการของการปล่อยแสงสีฟ้าจาก LED คือพลังงานช่องว่างแถบความถี่ของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ การใช้โลหะผสมที่มี GaN- (เช่น InGaN) ที่ให้แสงความยาวคลื่นสั้น- และโครงสร้างหลุมควอนตัมที่ปรับปรุงประสิทธิภาพและปรับความยาวคลื่นที่ปล่อยออกมา แม้ว่าแสงสีน้ำเงินที่ไม่ต้องการ (เช่นไฟ LED สีขาวบางรุ่น) จะเป็นผลมาจากปัญหาเกี่ยวกับฟอสเฟอร์- แต่ไฟ LED สีน้ำเงินที่ได้รับการออกแบบอย่างตั้งใจจะใช้หลักการที่คล้ายกันเพื่อให้แสงสีน้ำเงินที่สดใสและมีประสิทธิภาพสำหรับการใช้งานเฉพาะอย่าง แม้ว่าสิ่งเหล่านี้อาจมีผลกระทบต่อประสิทธิภาพการทำงาน แต่สภาพแวดล้อม เช่น อุณหภูมิและกระแสน้ำ จะไม่เปลี่ยนกลไกพื้นฐานของการปล่อยแสงสีน้ำเงิน การรู้เหตุผลเหล่านี้ไม่เพียงทำให้ความกระจ่างของการมีอยู่ของเท่านั้นไฟ LED สีฟ้าแต่ยังดึงความสนใจไปที่ความก้าวหน้าทางวิศวกรรมที่เอื้ออำนวย ความก้าวหน้าที่ยังคงขับเคลื่อนแสงสว่าง การจัดแสดง และพลังงานหมุนเวียนไปข้างหน้า นักวิจัยกำลังมองหาวัสดุใหม่ๆ (เช่น อะลูมิเนียมแกลเลียมไนไตรด์สำหรับสีน้ำเงินเข้มหรือแสงยูวี) และการออกแบบเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของไฟ LED สีฟ้าเมื่อเทคโนโลยี LED ก้าวหน้า ซึ่งอาจนำไปสู่การประยุกต์ใหม่ๆ ในด้านการบำบัดทางการแพทย์ การทำน้ำให้บริสุทธิ์ และ-จอแสดงผลรุ่นต่อไป

คำถามที่พบบ่อย

ไตรมาสที่ 1 ฉันจะรับตัวอย่างนี้ได้อย่างไร?

A1: สวัสดี ง่ายสำหรับสิ่งนี้ ให้ที่อยู่ของคุณมาให้ฉันและบอกฉันว่ารายการไหนที่คุณต้องการ เราจะจัดเตรียมส่งถึงคุณโดย DHL หรือ FedEx

Q2: แล้วคุณภาพของคุณล่ะ?
A2: วัตถุดิบทั้งหมดที่มีคุณภาพสูงสุดเพื่อให้แน่ใจว่ามีความสว่างสูงและเพียงพอ

Q3: แล้วระยะเวลารอคอยล่ะ?
A3: ตัวอย่างต้องใช้เวลา 3-5 วัน เวลาในการผลิตขนาดใหญ่ต้องใช้เวลา 25-40 วันหลังจากได้รับเงินมัดจำ

เซินเจิ้น Benwei ไลท์ติ้งเทคโนโลยี จำกัด
โทรศัพท์: +86 0755 27186329
มือถือ(+86)18673599565
วอทแอพ :19113306783
อีเมล:bwzm15@benweilighting.com
สไกป์:เบ็นไวไลท์88
เว็บไซต์: www.benweilight.com