Průvodce vlnovými délkami LED: Barevná tabulka, vzorec a binning

Stejně jako vzdálenost mezi vrcholy vodních vln, i vlnová délka popisuje opakující se vzdálenost. Světlo je elektromagnetická vlna a jeden nanometr je jedna miliardtina metru. Hodnoty vlnové délky ve specifikacích LED diod se obvykle vztahují ke světlu ve vzduchu nebo vakuu.

Barevná LED dioda má spektrální vrchol a konečnou šířku pásma, nikoliv pouze jednu přesnou vlnovou délku. Její vnímaná barva závisí na celém spektru a reakci oka, takže samotné označení vlnové délky plně neurčuje vzhled.

Různá spektrální pásma vyhovují různým úkolům: viditelné světlo vytváří barvy displeje, zatímco ultrafialové a infračervené záření podporuje specializované procesy a snímání. Ani neviditelný paprsek, ani konkrétní barva nejsou pro danou aplikaci automaticky bezpečné ani účinné.

Klíčovým vztahem je energie fotonu:

• Kratší vlnové délky, jako je fialová a modrá, nesou více energie na foton.
• Delší vlnové délky, jako například červená, nesou méně energie na foton.

To neznamená, že modrá LED dioda nutně spotřebovává více elektřiny nebo produkuje větší celkový optický výkon.

„Červená LED dioda o délce 625 nm“ stále vyžaduje toleranci a vyjádření, zda je 625 nm špičková nebo dominantní vlnová délka. Níže uvedený obrázek ukazuje přibližné barevné oblasti; jeho hranice jsou popisné, nikoli specifikace zadávání veřejných zakázek.

Názvy barev mají přibližné hranice a někdy se překrývají. Níže uvedené široké viditelné rozsahy popisují barvy; užší příklady popisují LED produkty. Při porovnávání dodavatelů nezaměňujte jeden za druhý.

1. Viditelné světlo: zahrnuje fialovou, modrou, zelenou, žlutou, oranžovou a červenou. RGB displeje mísí červené, zelené a modré světlo a vytvářejí tak mnoho barev.
2. Neviditelné záření: Ultrafialové záření leží za krátkovlnným koncem viditelného světla; infračervené záření leží za dlouhovlnným koncem.

RGB znamená červenou, zelenou a modrou – aditivní primární barvy používané plnobarevnými LED obrazovkami. Každý kanál přispívá svým vlastním spektrem. Změnou jejich relativních výstupů vznikají smíšené barvy, včetně bílé; nemění se tak v nový zářič s jednou vlnovou délkou.

Červené LED diody jsou běžné v indikátorech, reklamních tabulích a displejích. Jako příklad výrobce uvádí tabulka barev LUXEON Rebel Color společnosti Lumileds červené produkty s vlnovou délkou 620–645 nm a tmavě červené produkty s vlnovou délkou 650–670 nm. Jedná se o produktové řady, nikoli o univerzální definice nebo důkaz, že červená je vždy nejefektivnější volbou.

Tmavě červená barva kolem 660 nm se používá také v zahradnickém osvětlení. Přispívá k fotosyntéze, ale samotný výběr této vlnové délky nezaručuje kvetení ani vyšší výnos. Je třeba zvážit celé spektrum, dodávání fotonů, plodinu a světelný režim.

Modré LED diody podporují RGB displeje a mnoho bílých LED diod konvertovaných fosforem. Například Lumileds uvádí modré produkty pro 460–485 nm a královskou modrou pro 440–460 nm. V bílé LED diodě fosfor převádí část excitačního světla na delší vlnové délky; kombinované spektrum se může jevit bílé.

Jiné použití: fialové nebo modré zdroje mohou aktivovat vhodné fotoiniciátory ve vytvrzovacích systémech. Jmenovitý zdroj 415 nm je obvykle popisován jako fialový, nejedná se o univerzální specifikaci vytvrzování. Přizpůsobte absorpci, ozáření, dobu expozice a geometrii materiálu validovanému procesu dodavatele zařízení.

Zelené LED diody běžně pracují v blízkosti 520–540 nm; 455 nm je modrá. Standardní fotopická odezva používaná pro denní vidění dosahuje vrcholu v blízkosti 555 nm ve žlutozelené oblasti. Viz data CIE o fotopické spektrální účinnosti.

Vnímaný jas: stejný zářivý výkon na různých vlnových délkách neprodukuje stejný světelný výkon. Světlo blíže vrcholu fotopické citlivosti má větší váhu. Stejný elektrický výkon je jiné srovnání, protože se liší i účinnost konverze LED.

Barevný gamut displeje: zelená je jednou ze tří primárních barev RGB. Chromatičnost všech tří kanálů, vybraný bílý bod a kalibrace určují použitelný barevný gamut; samotná vlnová délka zelené nemůže zaručit realistický obraz.

Porovnejte jas a výkon při zamýšlené provozní teplotě, nikoli podle názvu barvy. Níže uvedený graf RGB je ilustrativní: modrá, zelená a červená křivka dosahují vrcholů přibližně při 450, 520 a 630 nm. Její svislá osa je v libovolných jednotkách (au); stejné vynesené výšky vrcholů nestanovují stejnou hodnotu ve wattech, lumenech nebo elektrické účinnosti.

Žlutá a oranžová mohou být spektrální barvy nebo jejich směsi. Fialová je spíše směsí než jednou spektrální vlnovou délkou, zatímco bílá vyžaduje kombinaci vlnových délek. Tato rozlišení zabraňují zavádějícím specifikacím.

1. Žlutá LED: Žlutá je na obrázku přibližně 570–590 nm. Produkty s přímým vyzařováním a produkty s konvertovaným fosforem mohou mít různá spektra. Modrý čip se žlutým fosforem obvykle produkuje bílou barvu, když ve výstupu zůstává modré světlo; tato konstrukce sama o sobě nedefinuje žlutou LED. Zkontrolujte naměřené barevné souřadnice.
2. Oranžová LED: Oranžová barva je na obrázku přibližně 590–610 nm, přičemž sousední oranžové a červenooranžové štítky produktů se liší podle výrobce. Indikátory a značení by měly být specifikovány naměřenou barvou a příslušnými požadavky, nikoli pouze názvem barvy.
3. Fialová LED: Smíšené červené a modré světlo se může jevit jako fialové. Nemá jednu fialovou vlnovou délku. Fialová je spektrální barva blízko krátkovlnného konce viditelného světla; 365 nm je ultrafialové, nikoli fialové viditelné světlo. Fialově vypadající produkt by měl být popsán svými složkovými spektry neboli chromatičností.
4. Bílá LED: Konverze fosforu nebo aditivní míchání barev vytváří bílé světlo. Zadejte korelovanou teplotu chromatičnosti (CCT), chromatičnost neboli Duv a příslušné míry podání barev pro osvětlení. Dva produkty se stejnou CCT se mohou stále lišit v odstínu, spektru a v tom, jak osvětlené objekty vypadají.

Ultrafialové a infračervené LED diody přesahují rámec viditelných barev displeje. Specifikujte požadované spektrální pásmo a optický výstup, stejně jako kompatibilitu detektorů, expoziční limity a testování aplikací.

• UV: Ultrafialová oblast se rozprostírá zhruba v rozsahu 100–400 nm, ale to neznamená, že LED produkty pokrývají všechny její vlnové délky. Zdroje UVC záření se používají v dezinfekčních systémech; samotná vlnová délka neprokazuje dávku ani výsledek dezinfekce. Pokyny FDA varují, že vystavení UVC záření může poškodit oči a kůži..
• IR: LED diody blízkého infračerveného záření se používají v dálkových ovladačích, senzorech a osvětlení kamer. Přizpůsobte spektrum zářiče citlivosti přijímače. Neviditelný výstup nesmí být považován za neškodný jen proto, že jej oko nevidí.

Dva datové listy mohou uvádět podobné hodnoty v nanometrech, ale popisovat různá měření. Před výběrem intervalů nebo schválením náhradní součástky ověřte definici vlnové délky.

Vrchol a dominantní vlnová délka popisují různé vlastnosti barevné LED diody:

• Vrcholová vlnová délka (λp): vlnová délka v maximu jejího spektrálního rozložení výkonu.
• Dominantní vlnová délka (λd): kolorimetrický popis odvozený z chromatičnosti a referenčního bílého bodu, spíše než z umístění spektrálního píku.

Luminus vysvětluje rozdíl a proč by bílé LED diody měly používat CCT a Duv místo dominantní vlnové délky.

Pro porovnání barev displeje si vyžádejte chromatičnost a definici intervalu od dodavatele. U detektoru, filtru nebo fotochemického procesu prozkoumejte celé spektrum a šířku pásma. Nikdy nepředpokládejte, že hodnoty vrcholu a dominantní vlnové délky jsou zaměnitelné.

Složení polovodičů ovlivňuje jak emisi, tak elektrické chování, ale napětí v propustném směru není měřičem vlnové délky. Červené zářiče mají často nižší napětí v propustném směru než modré nebo zelené zářiče; skutečné hodnoty závisí na součástce, proudu a teplotě. Dimenzujte ovladač s použitím rozsahu napětí v propustném směru a proudových limitů uvedených v datovém listu, nikoli s použitím pravidla založeného na barvě.

V biologických aplikacích je vlnová délka pouze jednou částí kompletní specifikace expozice. Stejně tak záleží na dodané intenzitě, trvání, vzdálenosti a důkazech pro samotné zařízení nebo rostoucí systém.

• Ošetření pleti modrým světlem: Některé přístroje léčí zánětlivé akné, ale výsledky se liší a světlo neléčí každý typ akné. Pokyny Americké akademie dermatologie k akné popisuje tato omezení.
• Ošetření červeným světlem: Výzkum zahrnuje použití zařízení s červeným a blízkým infračerveným zářením pro kožní problémy, ale výsledky z jednoho zařízení nebo protokolu neprokazují výhody pro každou LED diodu s podobnou vlnovou délkou. Pokyny AAD pro jízdu na červenou poznamenává zbývající mezery v důkazech.

Vyberte si zařízení s odpovídajícími indikacemi a řiďte se jeho pokyny a radami odborníka. Specifikace LED displeje není lékařským předpisem.

Zahradnické systémy běžně kombinují modrou a červenou, někdy s širokospektrální bílou nebo jinými pruhy.

• Modrá kolem 450 nm: přispívá k fotosyntéze a vývoji rostlin.
• Červená kolem 660 nm: přispívá k fotosyntéze, přičemž reakce závisí na kompletním světelném receptu.

Zelené světlo také přispívá k růstu rostlin; není jen plýtváno tím, že listy vypadají zeleně.

Vyhodnoťte hustotu fotonového toku fotosyntetického záření (PPFD), denní světelný integrál (DLI), uniformitu a spotřebu energie. Experimenty se sazenicemi Michiganské státní univerzity ilustrují, proč je nutné spektrum a reakci plodiny hodnotit společně. Před prognózováním výnosu nebo návratnosti investic ověřte recepturu se skutečnou plodinou a pěstebními podmínkami.

LED dioda produkuje světlo pomocí elektroluminiscence : elektrická injekce umožňuje elektronům a děrám rekombinovat se v aktivní oblasti polovodiče a uvolňovat část své energie jako fotony.

Základní křižovatka obsahuje:

1. Materiál typu N: kde elektrony jsou většinovými nosiči náboje.
2. Materiál typu P: kde díry jsou majoritními nosiči náboje.

Při přímém předpětí jsou nosiče náboje injektovány směrem k aktivní oblasti. Moderní LED struktury jsou navrženy tak, aby podporovaly radiační rekombinaci. Ne veškerá dodávaná elektrická energie se stává světlem; teplo generují i ​​neradiační procesy a elektrické ztráty.

• Pásová struktura polovodiče ovlivňuje energie fotonů, které mohou být emitovány.
• Fotony s vyšší energií odpovídají kratším vlnovým délkám; fotony s nižší energií odpovídají delším vlnovým délkám.

Vztah mezi fotonem a energií je E = hc/λ . Použitím elektronvoltů pro energii a nanometrů pro vlnovou délku dostaneme:

λ (nm) ≈ 1239.84 / E (eV)

Zde je λ vlnová délka, E je energie fotonu , h je Planckova konstanta a c je rychlost světla ve vakuu. Převod se řídí základními konstantami NIST ; 1240 je praktický zaokrouhlený čitatel.

Příklad: foton o energii 2.00 eV má vlnovou délku přibližně 620 nm. Tento výpočet převádí energii fotonu na vlnovou délku; nepředpovídá přesný produkční interval LED.

Polovodičová šířka zakázaného pásma může poskytnout přibližný návod k poměru emise a energie, ale struktura součástky a provozní podmínky ovlivňují měřené spektrum. Nedoplňujte propustné napětí LED diody přímo do vzorce pro energii fotonu.

Výrobci používají různé polovodičové slitiny a konstrukce aktivních oblastí k dosažení různých barev. Změna složení mění dostupné elektronové přechody.

• Nitrid india a galia (InGaN): široce používaný pro modré a zelené zářiče.
• Fosfid hlinito-gallium-indiový (AlGaInP): široce používaný pro červené, oranžové a jantarové zářiče.

Názvy materiálů vysvětlují základní přístup, ale základem pro výběr zůstávají datové listy součástek a naměřené spektrum. Fosfory mohou dále ovlivnit konečné výstupní spektrum.

Graf spektrálního rozložení výkonu (SPD) ukazuje, jak je optický výstup rozložen v rámci vlnové délky. Odhaluje šířku pásma, více emisních pásem a rozdíly skryté jedinou nominální vlnovou délkou nebo barevným označením.

• Vodorovná osa: vlnová délka, obvykle v nm.
• Vertikální osa: Spektrální výstup v jednotkách jako W/nm nebo v relativní/normalizované stupnici. Přečtěte si etiketu.
• Vrchol a šířka: Určete maximální a, je-li specifikována, plnou šířku v polovině maxima (FWHM).
• Bílé světlo: Mnoho LED diod s fosforovou přeměnou vykazuje modrý vrchol a širší emisi s delší vlnovou délkou.

• Přesnost: porovnejte spektra naměřená za daných proudových a teplotních podmínek.
• Binning: použijte tabulky vlnových délek, chromatičnosti a výstupních přihrádek od dodavatele; samotný snímek SPD nedefinuje meze akceptace.
• Barevné sladění: Různá spektra mohou produkovat podobné barevné souřadnice, ale chovat se odlišně s kamerami, filtry nebo osvětlenými materiály. Otestujte celou aplikaci.

1. Definujte cíl: barva displeje, osvětlení, snímání, osvětlení rostlin nebo validovaný ošetření/proces.
2. Správně specifikujte vzhled: Pro porovnání barev použijte chromatičnost a tolerance; pro bílé světlo přidejte kritéria CCT a odstínu.
3. Vyžádejte si kompletní datový list: potvrďte špičku versus dominantní vlnovou délku, SPD, šířku pásma, výstup, proud a testovací teplotu.
4. Dohodněte se na strategii pro koš: zvolte tolerance, které splňují potřeby projektu a plán náhradních zásob. Nejmenší dostupný zásobník není automaticky nutný.
5. Zkontrolujte provozní stabilitu: test při očekávané teplotě a úrovni buzení, včetně stmívání a tepelné stabilizace.
6. Nastavte kontroly přijetí dodavatelem: schvalovat vzorky, zaznamenávat reference komponent/zásobníků a ověřit jednotnost a kalibraci sestaveného displeje.

Vlnová délka LED diod je užitečným výchozím bodem pro specifikaci barevného a spektrálního výkonu. Spolehlivý výběr také vyžaduje správnou definici měření, tolerance, provozní podmínky a aplikační testy. Porovnávejte spíše kompletní specifikace než sliby spojené s jedinou hodnotou v nanometru.

U displeje posuďte kalibrovanou obrazovku i její jednotlivé LED komponenty.

Prodiskutujte s vaším pracovníkem velikost displeje, podmínky sledování, cílové barvy a požadavky na údržbu. EagerLEDZeptejte se, která data o součástech a ukázkové testy jsou pro navrhovaný systém k dispozici.

Obraťte se na EagerLED týmu o vašem projektu LED displeje a před výrobou se dohodnout na měřitelných kritériích přijetí.