¿La diferencia de voltaje de caída del LED entre colores está relacionada con la energía de longitud de onda diferente?

Para mí, parece que los LED que emiten luz con menos energía (por ejemplo, IR y rojo) tienen menos caída de voltaje hacia adelante que los que tienen más energía asociada a su longitud de onda (como azul o UV).

Eso sería fascinante.

¿Es esta una correlación verdadera o depende únicamente de la tecnología disponible?

led

— valerio_nuevo
fuente

Sí. Es una verdadera correlación. Nota: algunos LED pueden emplear fósforos. Si es así, pueden ser, por ejemplo, LED UV con fósforo en la lente. El color visto por el observador estará determinado por los fósforos. Pero por lo demás, sí, la energía de los fotones y el voltaje directo están estrechamente relacionados.

— mkeith

¡No solo es correcto, puede usarlo para calcular la constante de Planck! Obtenga un montón de LED de longitudes de onda conocidas. Calcule sus frecuencias usando c = fλ . Mida sus voltajes directos. Calcule la energía multiplicando por carga elemental: E = Vq . Ahora trace E versus f y la pendiente será la constante de Planck, h .

— DrSheldon

@mkeith si lo que dices es cierto, ¿por qué cuando la longitud de onda de un LED InGaN se acorta de azul profundo a azul a cian a verde, la energía transportada por los fotones disminuye y Vf aumenta?

— Mal entendido el

@DrSheldon Tendría que medir la energía de la banda prohibida, compensar las características térmicas y obtener la cantidad total de energía. También necesita la distribución espectral y la cantidad de fotones en cada longitud de onda. Vea este enlace e intente calcular hacia atrás conociendo solo la energía total. berthold-bio.com/service-support/support-portal/knowledge-base/… - Usé las fórmulas de ese enlace para crear esta página y probé con un espectrómetro: growlightresearch.com/ppfd/convert.html

— Mal entendido

@Comprendido, me llevará mucho tiempo digerir todo lo que escribió en su respuesta. Pero si miro su gráfico extraído del libro de texto, parece que la energía de la banda prohibida y el voltaje directo están bastante correlacionados, incluso si algunos de los puntos AlGaInN están por encima de la línea de tendencia.

— mkeith

Respuestas:

El nivel de energía de los fotones no es la razón por la que V _f aumenta con el nivel de energía de los fotones.

¿Por qué? Porque eso no siempre sucede.

Aquí está el nivel de energía de 100 µmol para cuatro longitudes de onda de los LEDs InGaN y sus V _f .

Observe cómo a medida que aumenta V _f , disminuye la energía.

Fuente V _f : Hoja de datos de colores de Lumiled Rebel
Fuente de energía: ¿Cómo convierto la irradiancia en flujo de fotones?
y fotométricas, radiometrticas, conversiones cuánticas

Un fotón no se puede medir con un voltímetro.
El fotón y la energía que transporta han sido emitidos por el LED.
Entonces, ¿cómo podría incluirse la energía de un fotón en el V _f cuando está viajando a la velocidad de la luz alejada del LED?

La energía de los fotones no contribuye directamente a V _f .
La resistividad instantánea de los materiales utilizados es lo que determina V _f

Más energía = menos fotones

Esta pregunta se basa en el hecho de que un fotón de longitud de onda más larga transporta menos energía que un fotón de longitud de onda más corta.
Un fotón rojo profundo de 660 nm transporta el 66% de la energía que un fotón azul profundo.

Pero eso es solo una parte de la ecuación.

3.76 µmoles de fotones azules profundos de 450 nm transportarán 1 vatio de energía.
5,52 µmoles de fotones de color rojo oscuro de 660 nm transportarán 1 vatio de energía.

Eso es un 56% más de fotones rojos que azules por vatio.

Se necesita un electrón para crear 1 fotón.
1 µmol = 602,214,076,000,000,000

Entonces es una especie de lavado.
Mientras que el azul lleva más energía, se generan menos fotones azules por vatio.
Mientras que el rojo lleva menos energía, se generan más fotones rojos por vatio.
Fuente: Fotométrica, Radiometrtica, Conversiones Cuánticas

Sobre el reclamo

Se requiere un cierto voltaje para que los electrones los atraviesen en la región de agotamiento. El electrón libera su energía como un fotón.
... el intervalo de banda del material da la longitud de onda característica. Los bandgaps más altos dan longitudes de onda más cortas.

Mientras que la energía en el intervalo de banda se aproxima a la energía óptica liberada, la energía
del intervalo de banda no está representada en V _f

La energía del intervalo de banda se aproxima a la energía óptica liberada solo si se pasan por alto las características térmicas del LED.
Fuente: diodos emisores de luz por E. Fred Schubert

Si tuviera que ir a Digikey y ordenar los LED blancos (ascendentes) por V _f
En la columna adyacente encontrará la eficacia (lm / W), los LED con una eficacia muy alta. Entonces, si ordena por eficacia (ascendente), encontrará un V _f más alto .

Con más electrones convertidos en fotones (mayor eficacia), hay menos electrones que pasan a través de la banda prohibida hacia la banda de conducción. Los electrones en la banda de conducción se agregarán a la V _f, mientras que los convertidos en fotones no están incluidos en la V _f .

— Incomprendido
fuente

El rango de longitud de onda de los LED disponibles en el mercado con una potencia de salida de un elemento de al menos 5 mW es de 360 a 950 nm. Cada rango de longitud de onda está hecho de una familia específica de materiales semiconductores, independientemente del fabricante. Fuente: Fotónica - Diodos emisores de luz: una cartilla .

Vale la pena leer el artículo.

Figura 1. La guía de colores de LED de Lumex ofrece una buena descripción de los diversos tipos de LED, química y longitudes de onda. Para alguna explicación, si es necesario, vea LED y color (mío).

Al igual que todos los diodos (la D del LED), se requiere un cierto voltaje para que los electrones los atraviesen en la región de agotamiento. El electrón libera su energía como un fotón. Su presentimiento es correcto y el intervalo de banda del material proporciona la longitud de onda característica. Los bandgaps más altos dan longitudes de onda más cortas.

Figura 2. Las caídas de voltaje directo varían con la corriente. ¿Qué es un LED? .

Estos datos para este gráfico fueron tomados de varias hojas de datos y cuidadosamente trazados. Sin embargo, los LED eran de diferentes fabricantes y hay alguna variación en los voltajes directos.

Los LED blancos, por ejemplo, son LED azules profundos de 450 nm cubiertos con fósforos convertidores de longitud de onda. Cuando un fotón azul profundo es absorbido por el fósforo, es reemitido a una longitud de onda más larga (por ejemplo, azul-cian-verde-rojo). Por lo tanto, la curva IV blanca será la misma que la curva azul profundo dentro de la misma línea de productos. Todavía estoy trabajando en esto.

— Transistor
fuente

Si bien el siguiente texto es verdadero, la energía en la banda prohibida no está representada en el voltaje directo. Vf es el resultado de la resistividad de n, p y dopantes. ESTO ES VERDAD, PERO ...: su presentimiento es correcto y el intervalo de banda del material proporciona la longitud de onda característica. Los bandgaps más altos dan longitudes de onda más cortas.

— Mal entendido el

Está vinculado, con algunos detalles que significan que no puede dibujar una línea recta a través de todos los puntos.

La energía necesaria para crear un fotón de cualquier longitud de onda particular establece el Vf mínimo absoluto que requiere un diodo cuando se ejecuta. Además de eso, hay otras pequeñas caídas de voltaje que dependen de la tecnología particular, los materiales particulares que se utilizan para hacer un semiconductor de banda prohibida particular.

IIRC, amarillo y verde requieren un voltaje muy similar, que probablemente depende de la tecnología. Pero en general, el rojo y el IR requieren menos, y el azul y el UV más, debido al requerimiento de energía fotónica.

— Neil_UK
fuente

¿Puede agregar algunos detalles sobre lo que podría incluirse en la dependencia tecnológica? Como mencioné en mi respuesta, tengo problemas para obtener buenos datos para mis curvas LED IV. Hay diferencias en los LED de diferentes fabricantes y, como resultado, mi curva amarilla parece tener un voltaje más alto que el verde, mientras que uno podría esperar que se encuentre entre naranja y verde.

— Transistor

@Transistor el hecho de que un diodo tiene 3 uniones, dos con metal a semi, y solo una con semi a semi, significa que el metal a las semiuniones influirá en el voltaje directo total. Estaba disparando desde la cadera allí, tratando de recordar los resultados desde hace mucho tiempo, pero a partir de sus resultados parece que fui acertado con la cosa amarilla / verde. Me preguntaba si mencionar el argón / potasio, ya que la tabla periódica generalmente sigue los pesos atómicos, a excepción de algunos lugares donde no lo hace, pero no es demasiado útil.

— Neil_UK

@Transistor La energía del fotón tiene poco que ver con Vf. La unión de cables no tiene nada que ver con Vf. El voltaje directo está más relacionado con los electrones que el fotón. Con una mayor eficacia (fotones por vatio), hay menos electrones en el intervalo de banda, ya que se han convertido más electrones en electrones. Una vez que un electrón se convierte en un fotón, su energía eléctrica ya no se puede medir. Menos electrones significa menor voltaje, menor voltaje significa menor potencia térmica generada (convertida eléctrica) y, por lo tanto, mayor eficacia. El resto es el ancho de la banda prohibida y la energía requerida para cruzarlo.

— Mal entendido el

@Neil: no había considerado el metal como semiuniones. No creo que haya sido mencionado en mis estudios, hace muchas décadas, ni en mi lectura de las revistas de electrónica de hobby. Seguiré con eso. Gracias.

— Transistor

@Transistor asegúrese de que la unión y el cable tendrán resistencia, pero es mínima (mOhms) y es la misma cantidad de resistencia en todos los colores dentro de la misma línea de productos. Así como la resistencia de las heteroestructuras y la resistencia en masa de los materiales se suma a las resistencias seriales y paralelas internas, pero no está relacionado con la energía de longitud de onda. Pero las heteroestructuras y la resistencia a granel están muy relacionadas con Vf.

— Mal entendido el