La différence de tension de chute de LED entre les couleurs est-elle liée à l'énergie de longueur d'onde différente?

Il me semble que les LED qui émettent de la lumière avec moins d'énergie (par exemple IR et rouge) ont moins de chute de tension vers l'avant que celles avec plus d'énergie associée à leur longueur d'onde (comme le bleu ou les UV).

Ce serait fascinant.

Est-ce une vraie corrélation ou dépend-elle uniquement de la technologie disponible?

led

— valerio_new
source

Oui. C'est une vraie corrélation. Remarque: certaines LED peuvent utiliser des luminophores. Si c'est le cas, il peut s'agir, par exemple, de LED UV avec des phosphores dans la lentille. La couleur vue par l'observateur sera déterminée par les luminophores. Mais sinon, oui, l'énergie photonique et la tension directe sont étroitement liées.

— mkeith

Non seulement c'est correct, mais vous pouvez l'utiliser pour calculer la constante de Planck! Obtenez un tas de LED de longueurs d'onde connues. Calculez leurs fréquences en utilisant c = fλ . Mesurez leurs tensions directes. Calculez l'énergie en multipliant par la charge élémentaire: E = Vq . Maintenant, tracez E contre f et la pente sera la constante de Planck, h .

— DrSheldon le

@mkeith si ce que vous dites est vrai, pourquoi l'est-il lorsque la longueur d'onde d'une LED InGaN raccourcit du bleu profond au bleu au cyan au vert, l'énergie transportée par les photons diminue et Vf augmente?

— Misunderstood

@DrSheldon Il vous faudrait mesurer l'énergie de bande interdite, compenser les caractéristiques thermiques, puis vous auriez la quantité totale d'énergie. Vous avez également besoin de la distribution spectrale et du nombre de photons à chaque longueur d'onde. Consultez ce lien et essayez de calculer à l'envers en ne connaissant que l'énergie totale. berthold-bio.com/service-support/support-portal/knowledge-base/… - J'ai utilisé les formules de ce lien pour créer cette page et testé avec un spectromètre: growlightresearch.com/ppfd/convert.html

— Misunderstood

@Misunderstood, il me faudra beaucoup de temps pour digérer tout ce que vous avez écrit dans votre réponse. Mais si je regarde votre graphique extrait du manuel, il semble que l'énergie de la bande interdite et la tension directe soient assez bien corrélées, même si certains des points AlGaInN sont au-dessus de la ligne de tendance.

— mkeith

Réponses:

Le niveau d'énergie des photons n'est pas la raison pour laquelle V _f augmente avec le niveau d'énergie des photons.

Pourquoi? Parce que ça n'arrive pas toujours.

Voici le niveau d'énergie de 100 µmol pour quatre longueurs d'onde des LED InGaN et leur V _f .

Remarquez comment à mesure que le V _f augmente, l'énergie diminue.

Source V _f : Feuille de données couleur Lumiled Rebel
Source Énergie source: Comment convertir l'irradiance en flux de photons?
et conversions photométriques, radiométriques et quantiques

Un photon ne peut pas être mesuré avec un voltmètre.
Le photon et l'énergie qu'il transporte ont été émis par la LED.
Alors, comment l'énergie d'un photon pourrait-elle éventuellement être incluse dans le V _f quand il est en déplacement à la vitesse de la lumière loin de la LED?

L'énergie photonique ne contribue pas directement à V _f .
La résistivité instantanée des matériaux utilisés est ce qui détermine V _f

Plus d'énergie = moins de photons

Cette question est basée sur le fait qu'un photon de longueur d'onde plus longue transporte moins d'énergie qu'un photon de longueur d'onde plus courte.
Un photon rouge profond de 660 nm transporte 66% autant d'énergie qu'un photon bleu profond.

Mais ce n'est qu'une partie de l'équation.

3,76 µmoles de photons bleus profonds de 450 nm transporteront 1 watt d'énergie.
5,52 µmoles de photons rouges profonds à 660 nm transporteront 1 watt d'énergie.

Cela représente 56% de photons rouges de plus que le bleu par watt.

Il faut un électron pour créer 1 photon.
1 µmol = 602 214 076 000 000 000

C'est donc une sorte de lavage.
Alors que le bleu transporte plus d'énergie, moins de photons bleus sont générés par watt.
Alors que le rouge transporte moins d'énergie, plus de photons rouges sont générés par watt.
Source: Photométrie, radiométrie, conversions quantiques

Concernant la réclamation

une certaine tension est nécessaire pour que les électrons les fassent traverser la région d'appauvrissement. L'électron libère son énergie sous forme de photon.
... la bande interdite du matériau donne la longueur d'onde caractéristique. Des bandes interdites plus élevées donnent des longueurs d'onde plus courtes.

Alors que l'énergie dans la bande interdite se rapproche de l'énergie optique libérée, l'énergie de
la bande interdite n'est pas représentée en V _f

L'énergie de bande interdite se rapproche de l'énergie optique libérée uniquement si les caractéristiques thermiques de la LED sont ignorées.
Source: Diodes électroluminescentes par E. Fred Schubert

Si vous deviez aller sur Digikey et trier les LED blanches (ascendantes) par V _f
Vous trouverez dans la colonne adjacente l'efficacité (lm / W), les LED à très haute efficacité. Ensuite, si vous triez par efficacité (ascendant), vous trouverez un V _f plus élevé .

Avec plus d'électrons convertis en photons (efficacité plus élevée), moins d'électrons passent à travers la bande interdite jusqu'à la bande de conduction. Les électrons dans la bande de conduction s'ajouteront au V _f tandis que ceux convertis en photons ne sont pas inclus dans le V _f .

— Mal compris
source

La gamme de longueurs d'onde des LED disponibles dans le commerce avec une puissance de sortie d'un seul élément d'au moins 5 mW est de 360 à 950 nm. Chaque plage de longueurs d'onde est constituée d'une famille de matériaux semi-conducteurs spécifique, quel que soit le fabricant. Source: Photonique - Diodes électroluminescentes: une amorce .

L'article mérite d'être lu.

Figure 1. Le guide des couleurs LED de Lumex donne un bon aperçu des différents types de LED, de la chimie et des longueurs d'onde. Pour une explication, si nécessaire, voir LED et couleur (la mienne).

Comme toutes les diodes (le D de LED), une certaine tension est requise pour que les électrons les fassent traverser la région d'appauvrissement. L'électron libère son énergie sous forme de photon. Votre intuition est correcte et la bande interdite du matériau donne la longueur d'onde caractéristique. Des bandes interdites plus élevées donnent des longueurs d'onde plus courtes.

Figure 2. Les chutes de tension directe varient avec le courant. Qu'est-ce qu'une LED? .

Ces données pour ce graphique ont été tirées de diverses fiches techniques et soigneusement tracées. Les LED, cependant, provenaient de différents fabricants et il y a une certaine variation dans les tensions directes.

Les LED blanches, par exemple, sont des LED bleues profondes de 450 nm recouvertes de luminophores convertisseurs de longueur d'onde. Lorsqu'un photon bleu profond est absorbé par le phosphore, il est réémis à une longueur d'onde plus longue (par exemple bleu-cyan-vert-rouge). La courbe IV blanche sera donc la même que la courbe bleu foncé au sein de la même gamme de produits. J'y travaille toujours.

— Transistor
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Bien que le texte suivant soit vrai, l'énergie dans la bande interdite n'est pas représentée dans la tension directe. Vf est le résultat de la résistivité des n, p et dopants. C'EST VRAI, MAIS ...: Votre intuition est correcte et la bande interdite du matériau donne la longueur d'onde caractéristique. Des bandes interdites plus élevées donnent des longueurs d'onde plus courtes.

— Misunderstood

Il est lié, avec quelques détails qui signifient que vous ne pouvez pas tracer une ligne droite à travers tous les points.

L'énergie nécessaire pour créer un photon de n'importe quelle longueur d'onde particulière définit le Vf minimum absolu dont une diode a besoin pour fonctionner. En plus de cela, il y a d'autres petites chutes de tension qui dépendent de la technologie particulière, des matériaux particuliers qui composent un semi-conducteur à bande interdite particulière.

L'IIRC, le jaune et le vert nécessitent une tension très similaire, qui dépend probablement de la technologie. Mais généralement, le rouge et l'IR nécessitent moins, et le bleu et les UV plus, en raison des besoins en énergie des photons.

— Neil_UK
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Pouvez-vous ajouter en détail ce qui pourrait être inclus dans la dépendance technologique? Comme mentionné dans ma réponse, j'ai du mal à obtenir de bonnes données pour mes courbes LED IV. Il existe des différences dans les LED de différents fabricants et, par conséquent, ma courbe jaune semble avoir une tension plus élevée que le vert alors que l'on pourrait s'attendre à ce qu'elle se situe entre l'orange et le vert.

— Transistor

@Transistor le fait qu'une diode est composée de 3 jonctions, deux avec métal à semi, et une seule avec semi à semi, signifie que les jonctions métal à semi vont avoir une influence sur la tension directe totale. J'étais en train de photographier depuis la hanche là-bas, essayant de rappeler les résultats du chemin du retour, mais d'après vos résultats, il semble que j'étais sur le point avec le jaune / vert. Je me suis demandé si je devais mentionner l'argon / potassium, car le tableau périodique suit généralement les poids atomiques, sauf pour quelques endroits où il ne le fait pas, mais ce n'est pas trop utile.

— Neil_UK

@Transistor L'énergie photonique a peu à voir avec Vf. La liaison par fil n'a rien à voir avec Vf. La tension directe est davantage liée aux électrons que le photon. Avec une plus grande efficacité (photons par watt), il y a moins d'électrons dans la bande interdite car plus d'électrons ont été convertis en électrons. Une fois qu'un électron devient un photon, son énergie électrique ne peut plus être mesurée. Moins d'électrons signifie une tension inférieure, une tension inférieure signifie une puissance thermique générée (convertie électrique) plus faible et donc une efficacité plus élevée. Le reste est la largeur de la bande interdite et l'énergie nécessaire pour la traverser.

— Misunderstood

@Neil: Je n'avais pas envisagé le métal aux semi-jonctions. Je ne pense pas que cela ait été mentionné dans mes études, il y a plusieurs décennies, ni dans ma lecture des magazines d'électronique amateur. Je vais enchaîner là-dessus. Merci.

— Transistor

@Transistor, bien sûr, la liaison et le fil auront une résistance, mais elle est minimale (mOhms) et c'est la même quantité de résistance à travers toutes les couleurs au sein de la même gamme de produits. Tout comme la résistance des hétérostructures et la résistance en vrac des matériaux s'ajoutent aux résistances internes en série et parallèles mais ne sont pas liées à l'énergie de longueur d'onde. Mais les hétérostructures et la résistance globale sont très liées à Vf.

— Incompris du