ما الذي يسببقادليتحول إلى اللون الأزرق؟
لقد تم تحويل الإضاءة وشاشات العرض والإلكترونيات الحديثة بشكل كامل من خلال -الثنائيات الباعثة للضوء (LEDs)، والتي توفر كفاءة في استخدام الطاقة، وعمرًا افتراضيًا ممتدًا، وتنوعًا لا يمكن أن تضاهيه المصابيح المتوهجة التقليدية أو مصابيح الفلورسنت. لقد برز الضوء الأزرق كأحد الألوان الأكثر شيوعًا التي تنتجها مصابيح LED، وهو يعمل على تشغيل كل شيء بدءًا من المصابيح الأمامية LED وحتى شاشات الهواتف الذكية وحتى المعدات الطبية. ومع ذلك، ما الذي يطلق على وجه التحديد الضوء الأزرق الذي ينبعث من مصابيح LED؟ المواد المستخدمة في تصنيعها، والقرارات الفنية المتعمدة، والفيزياء الأساسية لتشغيل LED، كلها تحمل مفتاح الحل. لكي نفهم هذه الظاهرة، يجب علينا أولاً تحليل عملية توليد الضوء- لمصابيح LED ثم النظر إلى العناصر المعينة التي تتسبب في ميل مخرجاتها نحو الجزء الأزرق من الطيف الكهرومغناطيسي.
في الأساس، مصابيح LED هي أجهزة أشباه الموصلات تستخدم عملية تعرف باسم التألق الكهربائي لتوليد الضوء. تنتج مصابيح LED الضوء عندما تتحد الإلكترونات و"الثقوب" (حاملات الشحنة الموجبة) مرة أخرى داخل مادة شبه موصلة، على عكس المصابيح المتوهجة، التي تنتج الضوء عن طريق تسخين فتيل-وهي عملية مهدرة تفقد معظم الطاقة على شكل حرارة. هذه هي الطريقة التي تعمل بها: تعبر الإلكترونات من أشباه الموصلات ذات الشحنة السالبة من النوع "n-" وصلة إلى شبه الموصل المشحونة بشكل إيجابي من النوع "p-" عند توفير تيار كهربائي إلى مؤشر LED. تطلق هذه الإلكترونات طاقة على شكل فوتونات، أو جسيمات ضوئية، عندما تضرب وتملأ الفجوات الموجودة في المادة من النوع -. تحدد طاقة فجوة شريط أشباه الموصلات لون هذا الضوء؛ كلما زادت فجوة النطاق (فرق الطاقة بين نطاق التكافؤ لأشباه الموصلات، الذي يحتوي على ثقوب، ونطاق التوصيل، الذي يحتوي على إلكترونات)، كلما قصر الطول الموجي للضوء المنطلق. تحتاج مصابيح LED التي تنتج الضوء الأزرق إلى أشباه موصلات ذات فجوة نطاق واسعة نسبيًا لأن الضوء الأزرق له طول موجي قصير (450-495 نانومتر). العامل الأساسي والأهم الذي يؤثر على انبعاث الضوء الأزرق هو هذه الخاصية المادية.
كان إنشاء أشباه الموصلات القائمة على نيتريد الغاليوم (GaN) والسبائك ذات الصلة، بما في ذلك نيتريد الغاليوم الإنديوم (InGaN)، بمثابة تقدم كبير في تكنولوجيا LED الزرقاء، والتي تم الاعتراف بها بجائزة نوبل في الفيزياء لعام 2014. نظرًا لأن المواد شبه الموصلة النموذجية (مثل زرنيخيد الغاليوم، الذي يستخدم لمصابيح LED الحمراء والخضراء) بها فجوة نطاق صغيرة جدًا بحيث لا يمكنها إنتاج ضوء أزرق ذو طول موجي قصير-، فقد واجه العلماء صعوبة في تطوير ضوء فعالالمصابيح الزرقاءقبل التسعينيات. من ناحية أخرى، يحتوي GaN على فجوة نطاق واسعة تبلغ حوالي 3.4 إلكترون فولت (eV)، وهي بالضبط الطاقة المطلوبة لإصدار الضوء فوق البنفسجي (UV). يمكن للمهندسين تقليل فجوة النطاق عن طريق دمج كميات صغيرة من الإنديوم في GaN لإنشاء InGaN. يؤدي هذا إلى تحويل الضوء الناتج من الأشعة فوق البنفسجية إلى اللون الأزرق عن طريق تقليل طاقة فجوة النطاق. على سبيل المثال، ينبعث الضوء ذو الطول الموجي حوالي 450 نانومتر من شبه موصل InGaN مع فجوة نطاق تبلغ حوالي 2.7 فولت، مما يجعله مثاليًا للإضاءة الزرقاء الرائعة. نظرًا لأنه يمكن تصنيع InGaN لضبط فجوة النطاق، فقد أصبح المادة القياسية لمصابيح LED الزرقاء. لن تكون مصابيح LED الزرقاء (ومصابيح LED البيضاء التي تعتمد عليها) ممكنة بدون أشباه الموصلات المستندة إلى GaN-.
يعد هيكل البئر الكمي الخاص بـ LED عنصرًا حاسمًا آخر يسمح بإنتاج الضوء الأزرق. تسمى الطبقة الرقيقة من أشباه الموصلات (عادةً InGaN) الموضوعة بين طبقتين أكثر سمكًا من شبه موصل آخر (عادةً GaN نفسه) بالبئر الكمومية. يتم تقييد الإلكترونات والثقوب الموجودة داخل طبقة InGaN، أو "محاصرة"، بطريقة تغير مستويات الطاقة الخاصة بها لأن الطبقة رقيقة جدًا- لا يزيد سمكها عادةً عن بضعة نانومترات. يتم زيادة كفاءة LED من خلال هذا الحبس، مما يزيد من احتمالية إعادة تجميع الإلكترونات والثقوب وإنتاج الفوتونات. يتم تنظيم سمك البئر الكمومي وتكوينه بعناية من أجل مصابيح LED الزرقاء؛ يمكن لبئر أضيق أو تركيز أكبر من الإنديوم -ضبط طول موجة الانبعاث إلى النطاق الأزرق المطلوب. على سبيل المثال، قد يتحول الضوء إلى 470 نانومتر من بئر كمومية InGaN سمكها 3-نانومتر مع محتوى إنديوم 20% و460 نانومتر من بئر كمومية 5-نانومتر مع 15% إنديوم. تعتبر مصابيح LED الزرقاء ساطعة بدرجة كافية للتطبيقات العملية، مثل الأضواء الكاشفة LED عالية الطاقة وأضواء المؤشر على الأجهزة الإلكترونية، وذلك بفضل قدرة الآبار الكمومية على تقليل إعادة التركيب غير الإشعاعي، وهو فقدان الطاقة كحرارة بدلاً من الضوء.
يمكن أن يكون الضوء الأزرق أيضًا نتيجة غير متوقعة لمصابيح LED، وأبرزها مصابيح LED البيضاء، على الرغم من أن العديد من مصابيح LED مصنوعة خصيصًا لإنشائها. تستخدم غالبية مصابيح LED البيضاء تقنية "تحويل الفوسفور"، حيث يتم طلاء شريحة LED الزرقاء بمادة فوسفور صفراء (عادةً السيريوم - عقيق ألومنيوم الإيتريوم المخدر، أو YAG:Ce)، حيث لا يمكن إنتاج الضوء الأبيض مباشرة بواسطة شبه موصل واحد (نظرًا لأنه يتطلب مزيجًا من الأطوال الموجية عبر الطيف المرئي). يتم امتصاص جزء من الضوء الأزرق الصادر من LED وإعادة إصداره كضوء أصفر عندما يضرب الفوسفور. وبالنسبة للبصر البشري فإن الضوء الأزرق المتبقي يظهر كضوء أبيض لأنه يمتزج مع الضوء الأصفر. ومع ذلك، لا يتحول كل الضوء الأزرق إذا كانت طبقة الفوسفور غير متساوية، أو رقيقة جدًا، أو ذات جودة منخفضة. يمكن أن يؤدي ذلك إلى إنتاج توهج "أبيض بارد" أو "أزرق-ملون"، وهو نموذجي للألوان غير المكلفةلمبات LEDأو التركيبات القديمة التي تحتوي على الفوسفور والتي تدهورت مع مرور الوقت. نظرًا لأن الضوء الأزرق يؤثر على إنتاج الميلاتونين، فإن الضوء الأزرق المفرط الصادر عن مصابيح LED البيضاء يمكن أن يؤدي أحيانًا إلى إجهاد العين أو التدخل في إيقاعات الساعة البيولوجية. وهذا يؤكد أهمية تصميم الفوسفور المناسب. يحدث هذا الضوء الأزرق غير المتوقع بسبب ضعف تكامل الفوسفور وليس بسبب وجود خلل في وظيفة LED الأساسية.
على الرغم من أنها لا "تتسبب" في إنشاء مصابيح LED للضوء الأزرق في المقام الأول، إلا أن الظروف البيئية يمكن أن تؤثر أيضًا على مدى شدة أو كيفية ظهور مصابيح LED للضوء الأزرق. قد تتسع فجوة نطاق أشباه الموصلات بشكل ملحوظ عندما تسخن مصابيح LED (مشكلة شائعة في تطبيقات الطاقة العالية-)، مما يؤدي إلى تحريك الطول الموجي للانبعاث نحو الطرف الأحمر من الطيف. وهذا أحد الأمثلة على كيفية تأثير درجة الحرارة على أداء LED. قد يؤدي هذا إلى تغيير بسيط في الطول الموجيالمصابيح الزرقاءمن 450 نانومتر إلى 455 نانومتر، وهو بالكاد يمكن رؤيته بالعين المجردة ولكن يمكن قياسه بالأدوات. ومن ناحية أخرى، تحتوي بعض-مصابيح LED عالية الأداء (مثل تلك الموجودة في أجهزة العرض) على أنظمة تبريد نظرًا لأن تشغيلها في درجات حرارة منخفضة يمكن أن يؤدي إلى تحسين كفاءتها وإخراج الضوء الأزرق. الكثافة الحالية هي اعتبار آخر. بينما يمكن زيادة سطوع مصابيح LED الزرقاء عن طريق رفع تيارها الكهربائي، فإن التيار الزائد يمكن أن يؤدي إلى "تدهور الكفاءة" أو انخفاض في خرج الضوء لكل وحدة تيار. يمكن أن يؤدي التيار الزائد في المواقف القصوى إلى الإضرار ببنية البئر الكمومية، مما يؤدي إما إلى فشل كامل أو تحول دائم في اللون يتضمن انبعاثًا معززًا للضوء الأزرق. على الرغم من أن هذه الظروف الخارجية يمكن أن تغير أداء مصابيح LED بمرور الوقت، إلا أنها لا تغير من قدرة مصابيح LED الجوهرية على إنتاج الضوء الأزرق.
في الختام، الأسباب الثلاثة الرئيسية لانبعاث الضوء الأزرق من مصابيح LED هي طاقة فجوة النطاق في مادة أشباه الموصلات، وتطبيق السبائك القائمة على GaN- (مثل InGaN) التي تسمح بضوء بطول موجي قصير-، وبنية البئر الكمومية التي تعمل على تحسين الكفاءة وضبط الطول الموجي للانبعاث. في حين أن الضوء الأزرق غير المرغوب فيه (كما هو الحال في بعض مصابيح LED البيضاء) ينتج عن مشكلات متعلقة بالفوسفور-، فإن مصابيح LED الزرقاء المصممة عمدًا تستخدم مبادئ مماثلة لتوفير ضوء أزرق رائع وفعال لتطبيقات معينة. على الرغم من أنها يمكن أن يكون لها تأثير على الأداء، إلا أن الظروف البيئية مثل درجة الحرارة والتيار لا تغير الآلية الأساسية لانبعاث الضوء الأزرق. معرفة هذه الأسباب لا يوضح وجودها فقطالمصابيح الزرقاءولكنه يلفت الانتباه أيضًا إلى التطورات الهندسية التي مكنتهم، وهي التطورات التي لا تزال تدفع الإضاءة وشاشات العرض والطاقة المتجددة إلى الأمام. يبحث الباحثون في مواد جديدة (مثل نيتريد الغاليوم الألومنيوم للضوء الأزرق العميق أو الأشعة فوق البنفسجية) وتصميمات لزيادة كفاءةالمصابيح الزرقاءمع تقدم تكنولوجيا LED. وقد يؤدي هذا إلى تطبيقات جديدة في العلاج الطبي، وتنقية المياه، وشاشات العرض-الجيل القادم.
الأسئلة الشائعة
س1. كيف يمكنني الحصول على هذه العينات؟
A1: مرحبًا، من السهل القيام بذلك. أعطني عنوانك وأخبرني بالمنتج الذي تحتاجه، وسوف نقوم بترتيب إرساله إليك عن طريق DHL أو FedEx.
Q2: ماذا عن الجودة الخاصة بك؟
A2: جميع المواد الخام ذات الجودة العالية لضمان إضاءة عالية وسطوع كافٍ.
س 3: ماذا عن المهلة الزمنية؟
A3: العينة تحتاج إلى 3-5 أيام، ووقت الإنتاج الضخم يحتاج إلى 25-40 يومًا بعد استلام الوديعة
Shenzhen Benwei Lighting Technology Co.,Ltd
الهاتف: +86 0755 27186329
الجوال(+86)18673599565
واتس اب : 19113306783
بريد إلكتروني:bwzm15@benweilighting.com
سكايب:benweilight88
موقع الويب: http://www.benweilight.com
