Nghryno
Yn 2014, dyfarnwyd y Wobr Nobel mewn ffiseg i Isamu Akasaki, Hiroshi Amano, a Shuji Nakamura am greu deuodau allyrru golau glas effeithlon, a hwylusodd ddatblygiad ffynonellau golau gwyn llachar ac ynni-effeithlon. Yn ystod y blynyddoedd diwethaf,Deuodau allyrru golau (LEDs) wedi treiddio fwyfwy'r sector goleuadau cartref a marchnadoedd torfol eraill. Mae'r erthygl hon yn ceisio darparu trosolwg o ffiseg LEDs, y datblygiadau mawr a arweiniodd at Wobr Nobel 2014, a'r potensial ar gyfer cadwraeth ynni y gallai LEDau hwyluso.
1. Cyflwyniad
Mae deuodau allyrru golau (LEDau) wedi bod yn rhan annatod o fywyd bob dydd ers sawl degawd, gan darddu gyda lampau dangosydd a rheolyddion o bell is-goch yn y 1960au. Fodd bynnag, rhoddwyd y Wobr Nobel mewn Ffiseg yn 2014 yn benodol ar gyfer LEDau glas, a alluogodd yn y pen draw gynhyrchu golau gwyn. Nod yr erthygl hon yw egluro ffiseg LED sylfaenol i ddangos eu potensial fel allyrryddion golau uwchraddol, yn enwedig ar gyfer cymwysiadau goleuo. Bydd hefyd yn darparu hanes cryno o'r dyfeisiadau a gyfrannodd at LEDau modern ac yn esbonio'r rhesymeg y tu ôl i Wobr Nobel 2014 mewn Ffiseg a ddyfarnwyd i Akasaki, Amano, a Nakamura. Yn y pen draw, byddaf yn archwilio a yw LEDs cyfoes yn arwain at gadwraeth ynni yn wirioneddol, ac yn fwy pragmatig, os yw'n economaidd synhwyrol i ddefnyddwyr unigol brynuBylbiau LEDar gyfer goleuo cartref.
2. Sut mae LEDau lled -ddargludyddion yn gweithredu?
Bydd yr adran hon yn darparu trosolwg byr o hanes electroluminescence, gan ganolbwyntio ar electroluminescence lled -ddargludyddion anorganig, ac yna disgrifiad o'r ffiseg sy'n sail i LEDau cyfoes. Electroluminescence yw'r ffenomen lle mae golau'n cael ei ollwng pan fydd cerrynt trydan yn mynd trwy sylwedd. Gellir dadlau bod bylbiau gwynias (bwlb "Edison") yn electroluminescent; Fodd bynnag, yn y senario hwn, mae'r llif cyfredol yn cynhesu'r deunydd, ac mae allyriadau ysgafn yn deillio o dymheredd uchel y ffilament yn unig. Felly, mae'n fwy cywir cyfeirio at electroluminescence pan fydd y llif cyfredol yn hwyluso'r mecanwaith allyriadau golau yn uniongyrchol. Digwyddodd y ddogfennaeth gychwynnol o electroluminescence ym 1907 gan HJ Round, a gyflogwyd gan Gwmni Marconi. Roedd yn gogwyddo sbesimen carbid silicon (y cyfeirir ato wedyn fel carborundwm) ac yn arsylwi golau o wahanol liwiau yn ôl y lleoliad electrod a'r foltedd a gymhwyswyd. Nid oedd yn deall y ffenomen bryd hynny. Dau ddegawd yn ddiweddarach, cyflawnodd Oleg Losev, technegydd ifanc o Rwsia yn Labordy Radio Nizhny Novgorod, ddatblygiadau sylweddol wrth arsylwi arbrofol a deall deuodau allyrru golau silicon carbid. Yn benodol, cyflwynodd batent ym 1929 gan gwmpasu'r honiad dilynol: "Mae'r ddyfais arfaethedig yn cyflogi ffenomen luminescence sefydledig mewn synhwyrydd carborundwm ac yn golygu defnyddio synhwyrydd o'r fath mewn ras gyfnewid optegol i hwyluso cyfredol sy'n cyfredol â chysylltiad cysylltiedig a ffynhonnell arall, a ffynhonnell a ffynhonnell arall, a ffynhonnell a ffynhonnell arall, a ffynhonnell arall, a ffynhonnell, a ffynhonnell arall, a ffynhonnell, a ffynhonnell arall, a ffynhonnell, a ffynhonnell arall, a ffynhonnell A eraill, a ffynhonnell arall, a ffynhonnell, a ffynhonnell arall, a ffynhonnell, a ffynhonnell arall, a ffynhonnell, a ffynhonnell arall, a ffynhonnell, a ffynhonnell arall, a ffynhonnell, a ffynhonnell arall, a ffynhonnell, a ffynhonnell arall, a ffynhonnell arall, a ffynhonnell, a ffynhonnell arall, a ffynhonnell, a ffynhonnell arall, a ffynhonnell a ffynhonnell arall, a ffynhonnell arall, a ffynhonnell a ffynhonnell arall, a ffynhonnell a ffynhonnell arall yn gwasanaethu cylched. " Mae hyn yn wirioneddol ryfeddol: patentodd gweithiwr 26- oed gydag addysg ffurfiol gyfyngedig mewn ffiseg drosglwyddo data cyfradd uchel gan ddefnyddio modiwleiddio trydanol ffynhonnell golau lled-ddargludyddion ym 1929. Fodd bynnag, roedd cyhoeddiadau a phatentau arloesol Losev, yn parhau i fod yn aneglur i raddau helaeth ar gyfer decades. Yn y 1940au, arweiniodd gwell dealltwriaeth a rheolaeth lled -ddargludyddion at greu'r gyffordd P -N gyntaf, ac yna dyfeisio'r transistor cyntaf. O ganlyniad, gallai'r LEDau cychwynnol sy'n defnyddio cyffyrdd P-I-N datblygedig o ganlyniad gael eu llunio a'u gwella.
Mae lled -ddargludydd yn sylwedd y gellir newid dargludedd trwy gyflwyno amhureddau a elwir yn ddopants. Mae lled -ddargludyddion anorganig yn ddeunyddiau crisialog fel silicon (Si), gallium arsenide (GAAS), ffosffid indium (INP), a gallium nitride (GAN), wedi'i nodweddu gan fandiau ynni ar gyfer electronau. Cyfeirir at y band ynni uchaf a feddiannwyd fel y band falens, sy'n cael ei lenwi ag electronau mewn lled -ddargludydd heb ei drin, ond mae'r band ynni uwch dilynol, a elwir y band dargludiad, yn parhau i fod yn hollol wag mewn lled -ddargludydd heb ei drin. Cyfeirir at y gwahaniaeth egni rhwng lleiafswm y band dargludiad ac uchaf y band falens fel bwlch band y lled -ddargludyddion. Mae'r broses allyriadau golau mewn lled-ddargludyddion yn syml: pan fydd electron yn meddiannu'r band dargludiad a bod swydd wag yn bodoli yn y band falens (a elwir yn dwll), gall yr electron band dargludiad drosglwyddo i feddiannu'r wladwriaeth wag yn y band falens, gan ryddhau'r gwahaniaeth ynni (y bwlch band) fel ffoton allyrru (ffig.). Mae'r electron a'r twll yn ailgyfuno, gan arwain at allyriad ffoton. Mae'r broses hon yn digwydd yn y mwyafrif o led -ddargludyddion, gydag eithriadau nodedig o'r enw lled -ddargludyddion anuniongyrchol, megis silicon neu germaniwm, lle na chaniateir allyriadau ffoton yn uniongyrchol, gan arwain at aneffeithlonrwydd sylweddol. I ffugio LED lled -ddargludyddion, mae'n hanfodol gosod electronau ar yr un pryd yn y band dargludiad a'r tyllau yn y band falens yn y deunydd. Dyma lle mae dopio yn rhagdybio arwyddocâd. Mae lled -ddargludyddion cynhenid yn gweithredu fel ynysydd, wrth i'r electronau yn y band falens aros yn ansymudol oherwydd absenoldeb gwladwriaethau sydd ar gael ar gyfer symud electronig; Serch hynny, gellir dopio lled -ddargludyddion mewn dwy foes benodol. Pan ymgorfforir amhureddau yn y grisial gydag electron ychwanegol i bob atom, mae'r electronau dros ben hyn yn trosglwyddo i'r band dargludiad. Er enghraifft, mae amnewid rhai atomau GA ag atomau Si mewn grisial Gaas yn arwain at ddopio math N, wedi'i nodweddu gan bresenoldeb electronau yn y band dargludiad. I'r gwrthwyneb, gellir cyflwyno amhureddau heb electron, gan arwain at ddopio math P, wedi'i nodweddu gan fodolaeth tyllau yn y band falens. Agwedd hanfodol yw bod dopants yn atomau lleiafrifol y tu mewn i'r strwythur grisial: gall atom dopio sengl ymhlith miliwn o atomau safonol wella dargludedd trydanol yn sylweddol. Mae meistroli'r lefel dopio yn hanfodol ar gyfer addasu nodweddion trydanol lled -ddargludyddion. Roedd yr arbenigedd hwn, a ddechreuodd yn y 1940au a'r 1950au, yn gwaddodi'r chwyldroadau mewn microelectroneg ac optoelectroneg. Mae'r cyfluniad sylfaenol ar gyfer allyriadau golau o led-ddargludydd yn cynnwys integreiddio n-math (gydag electronau yn y band dargludiad) a deunyddiau math p (gydag tyllau, neu absenoldeb electronau, yn y band falens). Pan fyddant yn destun gogwydd trydanol, electronau a thyllau, sy'n tramwyo i gyfeiriadau gwrthwynebol-lle mae twll sy'n symud i'r chwith yn y band falens yn cyfateb i gydgyfeirio electronau sy'n symud i'r dde wrth gyffordd PN, gan arwain at ailgyfuno sy'n allyrru ffotonau (Ffig. 2). Ar ôl deall y gymuned ymchwil, daeth y weithred angenrheidiol yn amlwg: y gallu i syntheseiddio crisialau o ansawdd uchel gyda dopio math P a math N a reolir yn fanwl gywir. Arddangoswyd y LED is -goch GAAS agoriadol ym 1962, a lwyddodd wedi hynny gan y LEDau gweladwy cychwynnol a ddatblygwyd gan dimau eraill. Roedd N. Holonyak, ymchwilydd yn General Electric, yn eiriol dros aloi GAASP, gan ei alluogi i arddangos y laser deuod lled -ddargludyddion gweladwy cyntaf. Mae'n hanfodol cydnabod N. Holonyak, sydd, ymhlith eraill, wedi datblygu dealltwriaeth a rheolaeth ar allyrryddion golau lled -ddargludyddion yn sylweddol. Ym 1963, rhagwelodd Nick Holonyak yng nghynhadledd y darllenydd y byddai LEDau lled -ddargludyddion yn y pen draw yn disodli'r holl fylbiau golau ar gyfer cymwysiadau goleuadau cyffredinol, er gwaethaf y LEDau lled -ddargludyddion cychwynnol yn allyrru golau pylu iawn ac yn arddangos effeithlonrwydd ffracsiynau o ffracsiynau yn unig oherwydd ansawdd deunydd israddol. Pa feini prawf a ddefnyddiodd i gynhyrchu'r rhagfynegiad hwn? Cydnabu Holonyak fod bylbiau golau gwynias yn gweithredu yn yr un modd ag allyrwyr corff du, gan gynhyrchu cromlin sbectrol sy'n gysylltiedig â thymheredd y ffilament; Wrth i'r tymheredd gynyddu, mae'r sbectrwm allyriadau yn symud tuag at donfeddi byrrach. Mae'r bylbiau gwynias mwyaf effeithlon yn allyrru golau is -goch yn bennaf, sy'n aneffeithiol i'w goleuo ac yn lle hynny yn gweithredu fel ffynhonnell gwres. Mae trosi pŵer trydanol yn bŵer optegol gweladwy wedi'i gyfyngu'n gynhenid oddeutu 5%. Mewn LEDau lled -ddargludyddion, mae'r ffiseg yn gwyro'n sylweddol: gellir trawsnewid bron i 100% o bŵer trydanol yn bŵer optegol, gyda thonfedd allyriadau wedi'i reoleiddio'n dda (yn benodol, mae'r bwlch band yn pennu'r egni ac o ganlyniad tonfedd y ffoton a allyrrir). Gall un ragweld dyfais sydd â LEDau sy'n allyrru dros sawl tonfedd weladwy, pob un yn arddangos effeithlonrwydd trosi uchel (undod yn ddelfrydol), ac felly'n caniatáu allyrru golau gwyn gweladwy (neu unrhyw gyfuniad dethol o liwiau gweladwy) heb golledion thermol (Ffig. 3). Dylai hyn, mewn theori, weithredu; Yr unig her yw cyflawni'r aeddfedrwydd technolegol sy'n ofynnol i gynhyrchu LEDau hynod effeithlon ar donfeddau penodol. Roedd yr ymdrech hon yn meddiannu ymchwilwyr lled -ddargludyddion am ddegawdau dilynol ac yn y pen draw arweiniodd at yGwobr Nobel 2014.
Sefydlwyd Shenzhen Benwei Lighting Technology Co., Ltd yn 2010. Mae'n fenter uwch-dechnoleg genedlaethol yn integreiddio dyluniad, Ymchwil a Datblygu, cynhyrchu a gwerthu cynhyrchion goleuo dan do ac awyr agored a gall hefyd wneud OEM, ODM. Am ragor o fanylion am ein offrymau, cysylltwch â ni, cysylltwch â ni ynbwzm18@ledbenweilighting.com
