Руководство по длинам волн светодиодов: цветовая диаграмма, формула и сортировка по группам.

Подобно расстоянию между гребнями волн, длина волны описывает повторяющееся расстояние. Свет — это электромагнитная волна, и один нанометр равен одной миллиардной доле метра. Значения длины волны в технических характеристиках светодиодов обычно относятся к свету в воздухе или вакууме.

Цветной светодиод имеет пик спектра и конечную полосу пропускания, а не излучает только одну точную длину волны. Воспринимаемый цвет зависит от всего спектра и реакции глаза, поэтому указание длины волны само по себе не полностью описывает внешний вид.

Различные спектральные диапазоны подходят для разных задач: видимый свет отвечает за цветопередачу дисплея, а ультрафиолетовое и инфракрасное излучение используются в специализированных процессах и для датчиков. Ни невидимый луч, ни определенный цвет не являются автоматически безопасными или эффективными для конкретного применения.

Ключевое соотношение — энергия фотона:

• Более короткие волны, такие как фиолетовый и синий цвета, несут больше энергии на один фотон.
• Более длинные волны, например, красный свет, несут меньше энергии на один фотон.

Это не означает, что синий светодиод обязательно потребляет больше электроэнергии или производит больше общей оптической мощности.

Для «красного светодиода 625 нм» по-прежнему требуется указание допуска и уточнение, является ли 625 нм пиковой или доминирующей длиной волны. На приведенном ниже рисунке показаны приблизительные цветовые диапазоны; их границы носят описательный характер и не являются техническими условиями закупки.

Названия цветов имеют приблизительные границы и иногда перекрываются. Широкий видимый диапазон, указанный ниже, описывает цвета; более узкие примеры описывают светодиодную продукцию. Не следует заменять один цвет другим при сравнении поставщиков.

1. Видимый свет: Включает фиолетовый, синий, зеленый, желтый, оранжевый и красный цвета. RGB-дисплеи смешивают красный, зеленый и синий свет для получения множества цветов.
2. Невидимое излучение: Ультрафиолетовое излучение находится за пределами коротковолновой части видимого света; инфракрасное излучение находится за пределами длинноволновой части.

RGB означает красный, зеленый и синий — аддитивные основные цвета, используемые в полноцветных светодиодных экранах. Каждый канал вносит свой собственный спектр. Изменение их относительной мощности создает смешанные цвета, включая белый; это не превращает их в новый источник излучения с одной длиной волны.

Красные светодиоды широко используются в индикаторах, вывесках и дисплеях. В качестве примера производитель указывает в таблице цветов LUXEON Rebel от Lumileds диапазон цветовой температуры для красных изделий составляет 620–645 нм, а для темно-красных — 650–670 нм. Это диапазоны цветовой температуры, а не универсальные определения или доказательство того, что красный цвет всегда является наиболее эффективным выбором.

Насыщенный красный свет с длиной волны около 660 нм также используется в освещении для растениеводства. Он способствует фотосинтезу, но выбор только этой длины волны не гарантирует цветения или повышения урожая. Необходимо учитывать весь спектр, подачу фотонов, культуру и график освещения.

Синие светодиоды поддерживают RGB-дисплеи и многие белые светодиоды с преобразованием люминофора. Например, компания Lumileds указывает в своем ассортименте синие продукты с длиной волны 460–485 нм и королевский синий — с длиной волны 440–460 нм. В белом светодиоде люминофор преобразует часть возбуждающего света в более длинные волны; полученный в результате спектр может выглядеть белым.

Другие области применения: источники фиолетового или синего цвета могут активировать подходящие фотоинициаторы в системах отверждения. Номинальный источник с длиной волны 415 нм обычно обозначается как фиолетовый, а не как универсальная спецификация для отверждения. Согласуйте поглощение материала, интенсивность излучения, время экспозиции и геометрию с проверенным технологическим процессом поставщика оборудования.

Зеленые светодиоды обычно работают в диапазоне 520–540 нм; 455 нм — это синий диапазон. Стандартный фотопический отклик, используемый для дневного зрения, достигает пика около 555 нм в желто-зеленой области. См. данные CIE по спектральной эффективности фотопического зрения.

Воспринимаемая яркость: одинаковая мощность излучения на разных длинах волн не приводит к одинаковой световой отдаче. Свет, находящийся ближе к пику фотопической чувствительности, получает больший вес. Одинаковая электрическая мощность — это другое сравнение, поскольку эффективность преобразования светодиода также различается.

Цветовая гамма дисплея: зеленый — один из трех основных цветов RGB. Цветовые характеристики всех трех каналов, выбранная точка белого и калибровка определяют полезную цветовую гамму; одной лишь длины волны зеленого цвета недостаточно для обеспечения реалистичности изображения.

Сравнивайте яркость и мощность при предполагаемой рабочей температуре, а не по названию цвета. Приведенная ниже диаграмма RGB является иллюстративной: пики синей, зеленой и красной кривых находятся примерно на 450, 520 и 630 нм. Вертикальная ось представлена ​​в произвольных единицах (а.е.); одинаковые пиковые значения на графике не гарантируют одинаковых значений мощности, светового потока или электрической эффективности.

Желтый и оранжевый могут быть спектральными цветами или смесями. Фиолетовый — это смесь, а не одна спектральная длина волны, тогда как белый требует комбинации длин волн. Эти различия предотвращают вводящие в заблуждение спецификации.

1. Желтый светодиод: На иллюстрации желтый цвет соответствует приблизительно 570–590 нм. Продукты с прямым излучением и продукты с преобразованием люминофора могут иметь разные спектры. Синий чип с желтым люминофором обычно дает белый свет, когда в выходном сигнале остается синий свет; сама по себе эта конструкция не определяет желтый светодиод. Проверьте измеренные цветовые координаты.
2. Оранжевый светодиод: Оранжевый цвет на иллюстрации соответствует приблизительно 590–610 нм, а соседние янтарные и красно-оранжевые цвета на этикетках продукции различаются в зависимости от производителя. Индикаторы и обозначения должны указываться по измеренному цвету и применимым требованиям, а не только по названию цвета.
3. Фиолетовый светодиод: Смешанный красный и синий свет может казаться фиолетовым. Единой фиолетовой длины волны не существует. Фиолетовый — это спектральный цвет, близкий к коротковолновой части видимого света; 365 нм — это ультрафиолет, а не фиолетовый видимый свет. Фиолетовый цвет продукта следует описывать по его спектру компонентов или цветности.
4. Белый светодиод: Преобразование люминофора или аддитивное смешивание цветов создает белый свет. Укажите коррелированную цветовую температуру (КЦТ), хроматичность или Duv, а также соответствующие показатели цветопередачи для освещения. Два продукта с одинаковой КЦТ могут отличаться по оттенку, спектру и тому, как выглядят освещенные объекты.

Ультрафиолетовые и инфракрасные светодиоды выходят за рамки видимого диапазона цветов на дисплеях. Укажите требуемый спектральный диапазон и оптическую мощность, а также совместимость с детекторами, пределы экспозиции и требования к тестированию в конкретных условиях.

• УФ: Ультрафиолетовый диапазон составляет примерно 100–400 нм, но это не означает, что светодиодные изделия охватывают все длины волн в этом диапазоне. Источники УФ-излучения используются в системах дезинфекции; сама по себе длина волны не доказывает дозу или результат дезинфекции. В рекомендациях FDA содержится предупреждение о том, что воздействие УФ-излучения типа С может повредить глаза и кожу..
• ИК: Светодиоды ближнего инфракрасного диапазона используются в пультах дистанционного управления, датчиках и подсветке камер. Необходимо согласовать спектр излучения с чувствительностью приемника. Невидимое излучение не следует считать безвредным только потому, что оно невидимо для глаза.

В двух технических описаниях могут быть указаны схожие значения в нанометрах, но при этом описаны разные измерения. Перед выбором диапазонов или утверждением заменяющего компонента необходимо подтвердить определение длины волны.

Пиковая и доминирующая длина волны описывают различные свойства цветного светодиода:

• Пиковая длина волны (λp): длина волны в точке максимума распределения спектральной мощности.
• Доминирующая длина волны (λd): колориметрическое описание, полученное на основе хроматичности и эталонной точки белого, а не местоположения спектрального пика.

Компания Luminus объясняет различие и почему для белых светодиодов следует использовать цветовую температуру (CCT) и параметр Duv вместо доминирующей длины волны.

Для сравнения цветов на дисплее запросите информацию о цветности и определение бинов у поставщика. Для детектора, фильтра или фотохимического процесса изучите полный спектр и полосу пропускания. Никогда не предполагайте, что пиковые и доминирующие значения длины волны взаимозаменяемы.

Состав полупроводника влияет как на излучение, так и на электрические характеристики, но прямое напряжение не является измерителем длины волны. Красные излучатели часто имеют более низкое прямое напряжение, чем синие или зеленые; фактические значения зависят от компонента, тока и температуры. Размер драйвера следует выбирать, используя диапазон прямого напряжения и пределы тока, указанные в техническом описании, а не правило, основанное на цвете.

В биологических приложениях длина волны — это лишь одна часть полной спецификации облучения. Интенсивность облучения, длительность, расстояние и данные о самом устройстве или системе выращивания имеют не меньшее значение.

• Процедуры для кожи с использованием синего света: Некоторые устройства используются для лечения воспалительных форм угревой сыпи, но результаты могут различаться, и световое воздействие не лечит все типы угревой сыпи. Рекомендации Американской академии дерматологии по лечению акне описывает эти ограничения.
• Лечение красным светом: Исследования включают использование устройств, работающих в красном и ближнем инфракрасном диапазоне, для решения проблем с кожей, однако результаты, полученные с помощью одного устройства или протокола, не подтверждают эффективность каждого светодиода на аналогичной длине волны. Рекомендации AAD по применению красных сигналов отмечает оставшиеся пробелы в доказательствах.

Выберите устройство с соответствующими показаниями и следуйте его инструкциям и рекомендациям специалистов. Технические характеристики светодиодного дисплея не являются рецептом на медицинское лечение.

В садоводческих системах часто сочетаются синий и красный цвета, иногда с широким спектром белого или других цветов.

• Синий цвет в районе 450 нм: способствует фотосинтезу и развитию растений.
• Красный цвет в районе 660 нм: способствует фотосинтезу, при этом реакция зависит от полного набора условий освещения.

Зеленый свет также способствует росту растений; он не просто пропадает зря, потому что листья выглядят зелеными.

Оцените плотность фотосинтетического потока фотонов в растительном покрове (PPFD), суточный интегральный световой поток (DLI), равномерность освещения и энергопотребление. Эксперименты с рассадой в Мичиганском государственном университете иллюстрируют, почему спектр и реакция культуры должны оцениваться совместно. Проверьте рецептуру на реальных условиях выращивания культуры, прежде чем прогнозировать урожайность или рентабельность инвестиций.

Светодиод излучает свет посредством электролюминесценции : электрическая инжекция позволяет электронам и дыркам рекомбинировать в активной области полупроводника, высвобождая часть своей энергии в виде фотонов.

Основной узел содержит:

1. Материал N-типа: где основными носителями заряда являются электроны.
2. Материал P-типа: где дыры являются основными носителями заряда.

При прямом смещении носители заряда инжектируются в активную область. Современные светодиодные структуры спроектированы таким образом, чтобы стимулировать радиационную рекомбинацию. Не вся подаваемая электрическая энергия преобразуется в свет; нерадиационные процессы и электрические потери также генерируют тепло.

• Зонная структура полупроводника влияет на энергию фотонов, которые могут быть испущены.
• Фотоны с более высокой энергией соответствуют более коротким длинам волн; фотоны с более низкой энергией соответствуют более длинным длинам волн.

Соотношение энергии фотона выражается формулой E = hc/λ . Используя электронвольты для энергии и нанометры для длины волны, получаем:

λ (нм) ≈ 1239.84 / E (эВ)

Здесь λ — длина волны, E — энергия фотона , h — постоянная Планка, а c — скорость света в вакууме. Преобразование производится в соответствии с фундаментальными константами NIST ; 1240 — удобный округленный числитель.

Пример: фотон с энергией 2.00 эВ имеет длину волны приблизительно 620 нм. Этот расчет преобразует энергию фотона в длину волны; он не позволяет точно определить производственный диапазон светодиодов.

Ширина запрещенной зоны полупроводника может служить приблизительным источником энергии излучения, однако структура устройства и условия эксплуатации влияют на измеряемый спектр. Не следует подставлять прямое напряжение светодиода непосредственно в формулу энергии фотонов.

Производители используют различные полупроводниковые сплавы и конструкции активных областей для получения разных цветов. Изменение состава изменяет доступные электронные переходы.

• Нитрид индия-галлия (InGaN): Широко используется для синих и зеленых излучателей.
• Фосфид алюминия, галлия и индия (AlGaInP): Широко используется для красных, оранжевых и янтарных излучателей.

Названия материалов объясняют лежащий в их основе подход, но технические характеристики компонентов и измеренный спектр остаются основой для выбора. Люминофоры могут дополнительно изменять конечный спектр выходного сигнала.

Диаграмма спектрального распределения мощности (СПД) показывает, как оптический выходной сигнал распределяется по длинам волн. Она выявляет ширину полосы пропускания, наличие нескольких полос излучения и различия, скрытые одной номинальной длиной волны или цветовой меткой.

• Горизонтальная ось: длина волны, обычно в нм.
• Вертикальная ось: Спектральная мощность с единицами измерения, такими как Вт/нм, или в относительной/нормированной шкале. Ознакомьтесь с этикеткой.
• Пик и ширина: Укажите максимальное значение и, если указано, полную ширину на половине максимума (FWHM).
• Белый свет: Многие светодиоды с люминофорным преобразованием демонстрируют синий пик, а также более широкое излучение с большей длиной волны.

• Точность: Сравните спектры, измеренные при указанных условиях тока и температуры.
• Биннинг: Используйте таблицы длин волн, цветности и выходных диапазонов, предоставленные поставщиком; изображение SPD само по себе не определяет допустимые пределы.
• Подбор цвета: Различные спектры могут давать схожие цветовые координаты, но при этом вести себя по-разному с камерами, фильтрами или освещаемыми материалами. Протестируйте приложение целиком.

1. Определите цель: Отображение цвета, освещенности, датчиков, освещения растений или проверенного метода/процесса.
2. Правильно укажите внешний вид: Используйте хроматичность и допуски для подбора цвета; добавьте критерии цветовой температуры и оттенка для белого света.
3. Запросите полную техническую документацию: Подтвердите пиковое значение относительно доминирующей длины волны, SPD, полосу пропускания, выходную мощность, ток и температуру тестирования.
4. Согласуйте стратегию вывоза мусора: Выберите допуски, соответствующие потребностям проекта и плану пополнения запасов. Использование самого жесткого доступного бункера не является обязательным.
5. Проверьте стабильность работы: Тестирование при ожидаемой температуре и уровне мощности, включая регулировку яркости и термостабилизацию.
6. Настройте процедуры приемки поставщиком: Утверждать образцы, регистрировать ссылки на компоненты/ячейки и проверять однородность и калибровку собранного дисплея.

Длина волны светодиода является полезной отправной точкой для определения цветовых и спектральных характеристик. Надежный выбор также требует правильного определения параметров измерения, допусков, условий эксплуатации и испытаний в реальных условиях. Сравнивайте полные технические характеристики, а не обещания, связанные с одним значением в нанометрах.

При оценке качества дисплея следует учитывать не только калибровку экрана, но и качество отдельных светодиодных компонентов.

Обсудите с нами размер вашего дисплея, условия просмотра, цветовые параметры и требования к техническому обслуживанию. EagerLEDУточните, какие данные о компонентах и ​​примеры испытаний доступны для предлагаемой системы.

Связаться EagerLED команда о вашем проекте светодиодного дисплея и согласовать измеримые критерии приемки до начала производства.