Электротранспорт

Пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь.

Расширенный поиск    

Новости:

Страницы: 1Вниз

Автор Тема: Спектр светодиодов  (Прочитано 21199 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

zap

  • Администратор
  • Старожил
  • *
  • Репутация:
    +510/-17
  • :
    147
    1446
  • Сообщений: 11651
  • Санкт-Петербург
  • Оффлайн Оффлайн
    • electrotransport.ru
    • Награды
Спектр светодиодов
« : 12 Фев 2013 в 12:36 »
Недавно на работе коллега притащил свой фотоспектрометр, и мы устроили тесты разнообразных источников освещения. Результаты для меня оказались интересными и неожиданными, поэтому хочу поделиться.

Для затравки посмотрим на спектр "традиционных" источников света.

Вот дневной свет, малооблачный зимний день, в тени.

* 01.png (24.18 кБ. 640x479 - просмотрено 4210 раз.)

Числа внизу - длина волны в нанометрах. Вертикальная шкала - в условных попугаях, не обращайте внимания на надпись, она неправильная :-D
Как видим, спектр хорошо заполнен излучениями с разной длиной волны, с некоторым уклоном в синюю часть спектра.

А вот спектр обычной лампы накаливания:

* 02.png (25.88 кБ. 639x549 - просмотрено 1224 раз.)

Так вот ты какой, тёплый ламповый звук свет! Излучение преимущественно в инфракрасной части спектра, ну и чуть-чуть достаётся более коротковолновой (холодной) части. Теперь понятно, почему КПД ламп накаливания такой аховый? Большая часть излучения приходится на инфракрасную часть спектра, бесполезную для глаз, но полезную для шкуры, особенно зимой :)

Кстати, мне попутно рассказали анекдот - после запрета лам накаливания мощностью >=100Вт в Краснодаре лампы на 200, 300, 500Вт продаются по-прежнему, только теперь называются "нагревательный прибор 500Вт" :laugh:. Главное, не подкопаешься!

А вот спектр т.н. "лампы дневного света":

* 03.png (21.66 кБ. 636x549 - просмотрено 1390 раз.)

Как видим, с дневным светом весьма мало общего :) Но глаз таки обманывается, и нам такой "полосатый" спектр кажется всё равно белым. Но выглядит всё равно довольно-таки :eek:



Теперь перейдём к предмету основного интереса :)

В даташитах на светодиоды часто можно увидеть подобные картинки:

* cree-xml-specter.png (60.2 кБ. 834x388 - просмотрено 1421 раз.)

Давайте проверим :)

Вот как выглядит свет от древнющего белого светодиода (такие знаете прозрачные куполообразные, диаметром 5мм, их использовали в первых светодиодных фонариках):

* 04.png (21.83 кБ. 638x549 - просмотрено 1147 раз.)

Фактически, мы видим, что фонарик-то синий! :-D Но специальный люминофор, слегка намазанный на линзу изнутри, часть синего света преобразует в зелёный, причём с довольно большим разбросом относительно "центральной" точки излучения (около 570нм).

Теперь посмотрим на чуть более современный Cree XP-G:

* 05.png (21.26 кБ. 638x548 - просмотрено 1192 раз.)

Ну что можно сказать... люминофора нанесли чуть больше, на этом, собственно, "прогресс" закончился.

Теперь посмотрим почти-венец-творения, современный Cree XM-L (не помню точно, но позиционировался что-то типа 6000К т.е. довольно "тёплый" по светодиодным меркам):

* 06.png (24.08 кБ. 637x547 - просмотрено 1225 раз.)

Как говорится, те же яйца, вид в профиль. За 15 лет с момента появления белых светодиодах ничего существенного в технологиях изготовления не изменилось. Конструкция их осталась прежней - синий светодиод и люминофор, причём его состав, судя по спектру, за 15 лет не изменился. Просто он подешевел, и его стали класть больше :-D

Теперь давайте посмотрим глазами, чем отличается тёплый ламповый светодиодный звук свет от холодного? Нет, глаза действительно реально отмечают разницу, "тёплые" светодиоды действительно дают более жёлтый свет. Причём нами было отмечено (ещё до замеров) что "совсем тёплые" (3500К и меньше) светодиоды ощутимо "зеленят".

Светодиодная лампочка, температура где-то 4000К:

* 07.png (20.23 кБ. 638x549 - просмотрено 1087 раз.)

Как видим, люминофора здесь совсем не пожалели, и синий свет почти весь "сконвертировали" в зелёный. Также теперь понятно, почему КПД у тёплых светодиодов ниже - "конверсия" длины волны происходит не за просто так, но с потерями. Однако также наблюдается небольшое, но заметное, смещение спектра в более красную область - теперь пик находится в районе длины 590нм! Значит "тёплые" диоды имеют другой состав люминофора (возможно, другое соотношение компонентов смеси, а может и принципиально другой состав).

А вот совсем "тёплая" лампа - 3500К:

* 08.png (25.48 кБ. 638x549 - просмотрено 1371 раз.)

Тут синий вообще задавили "вусмерть". Вот эта лампочка даёт слегка зеленоватый жёлтый свет, очевидно, за счёт практически отсутствия синей компоненты в спектре глаз начинает различать "горб" графика с пиком в области зелёно-жёлтого цвета.



Потом мы рассмотрели предметы нашего ежедневного рассматривания - мониторы.

Вот спектр светодиодной подсветки от сломанного 8" экрана для планшета (с экрана сняли все слои, оставили только заднюю подсветку):

* 09.png (21.56 кБ. 638x549 - просмотрено 1122 раз.)

Как видим, ничего особенного, обычные холодные светодиоды. Честно говоря, я наивно надеялся увидеть что-то более супер-пуперское, всё-таки экран а не фигля-мигля :kidding:

А вот как аналогичный спектр выглядит после пропускания через светофильтры LCD экрана (экран залит сплошь белым цветом):

* 10.png (23.95 кБ. 638x548 - просмотрено 942 раз.)

Очевидно, что зелёная компонента "давится" светофильтрами, чтобы получить "горб" в области красного цвета (экран, напомню, излучает три цвета - красный, зелёный и синий).

А вот экран от iPad Mini (IPS матрица):

* 11.png (18.62 кБ. 639x549 - просмотрено 692 раз.)

В общем, те же яйца, вид сбоку, только красной компоненты меньше, синий и зелёный светодиоды меньше "давят" свою длину волны.

AMOLED экран от Samsung Galaxy:

* 15.png (21.78 кБ. 638x550 - просмотрено 1912 раз.)

Вот здесь уже интересно, каждый "пиксель" экрана представлен тремя разноцветными светодиодами, и разница в спектре очень заметна по сравнению с "традиционными" LCD экранами. Впрочем, сложно сказать, плохо это или хорошо.



Ну и для интереса мы "засняли" разные монохромные светодиоды.

Вот фиолетовый светодиод (для "детектирования фальшивых денег"):

* 12.png (19.36 кБ. 639x549 - просмотрено 806 раз.)


А вот так выглядит красный лазер:

* 13.png (21.75 кБ. 638x550 - просмотрено 817 раз.)

(на "мусор" в других частях света не обращаем внимание - тестирование проводилось под столом, а там всё-таки не идеальная темнота, дневной свет чутка пробивался).

Ну и, наконец, зелёный лазер:

* 14.png (19.02 кБ. 639x549 - просмотрено 794 раз.)




Выводы про белые светодиоды (дилетантские).

  • Принципиальная конструкция белых светодиодов с момента их появления практически не изменилась. Те же синие светодиоды (450 нм) с люминофором, преобразующими синий в более длинноволновое излучение
  • Имеется как минимум два разных состава люминофора - "старый" (светодиоды, которые "синят") и более новый (который "зеленит" в больших дозах). Впрочем, не исключаю что на смещение центра "горба" в более длинноволновую часть спектра влияет не состав, а просто толщина слоя люминофора.
  • Понятно, почему холодные светодиоды не годятся для езды по лесу/парку - листья видны гораздо хуже. В синем цвете (преобладающем в спектре холодных светодиодов) зелёные листья выглядят чёрными.



Кому интересно более подробно порассматривать спектры, их выложили сюда: http://i6k.ru/lamp-testing/
Там есть ещё источники, я уж не стал всё подряд сюда приводить :)


P.S. Цвета на графиках рисовала программа условно, фотоспектрометр выдаёт лишь цифры.
Программа могла кое-где наврать, на всякий случай вот нашёл таблицу, если кому интересно.

Цвет - спектральный диапазон
согласно "Справочнику конструктора оптико-механических приборов" под ред. Панова
Название цветаГраницы спектрального диапазона в нм
Красный620-780
Оранжевый   585-620
Желтый575-585
Желто-Зеленый550-575
Зеленый510-550
Голубой480-510
Синий450-480
Фиолетовый380-450
« Последнее редактирование: 12 Фев 2013 в 13:44 от zap »

С уважением,
Андрей

edw123

  • Старожил
  • *****
  • Репутация:
    +41/-1
  • :
    96
    379
  • Сообщений: 4613
  • ПодМосква
  • Оффлайн Оффлайн
    • Награды
Спектр светодиодов
« Ответ #1 : 12 Фев 2013 в 20:18 »
Как говорится, те же яйца, вид в профиль. За 15 лет с момента появления белых светодиодах ничего существенного в технологиях изготовления не изменилось. Конструкция их осталась прежней - синий светодиод и люминофор, причём его состав, судя по спектру, за 15 лет не изменился. Просто он подешевел, и его стали класть больше
Изменилось-то много чего: квантовый выход по синему подняли, эффективность люминофора подняли, деградацию люминофора понизили и в итоге есть "древние" и "новые" - древние-то никто теперь не ставит в фары себе? :) А по соотношению спектров действительно изменений не много видимо потому, что и "древние" достигли вполне сносного уровня цветопередачи. Разные оттенки - это просто "на любителя" - вот цвета люминофора Сонивского Тринитрона здорово отличались от других и некоторым здорово не нравились. :eureka:

алабам

  • Старожил
  • *****
  • Репутация:
    +39/-13
  • :
    68
    201
  • Сообщений: 1319
  • Kiev
  • Ездю
  • Оффлайн Оффлайн
    • Награды
Спектр светодиодов
« Ответ #2 : 12 Фев 2013 в 21:57 »
Спасибо за опыты, познавательно.
Когда то занимался теплицами и оранжереями, вот тогда бы иметь такой приборчик, для повышения выхода.А то ставят обычные лампы накаливания , в лучшем случае натриевые, а они не подходят .
К слову а что за прибор - марку хотяб.

Киев, полный привод, Поларис 500вт +Конхисмотор 1 квт ,Хедвей 16s2p

rastamanidze

  • Начинающий
  • *
  • Репутация:
    +13/-0
  • :
    0
    3
  • Сообщений: 80
  • Украина, г. Новомосковск
  • Оффлайн Оффлайн
    • Награды
Спектр светодиодов
« Ответ #3 : 12 Фев 2013 в 22:32 »
Занятное исследование, вот бы таким приборчиком проверить на спектр специальные светодиоды, красные что позиционируются как 660нм, ато покупаю у китайцев для растений и сам не знаю что беру :bw:

МК 1000W 48V на
"старт-шоссе" 1985г. на LiFePo4 16S 20Ah
max speed  - 62,7 км/ч

zap

  • Администратор
  • Старожил
  • *
  • Репутация:
    +510/-17
  • :
    147
    1446
  • Сообщений: 11651
  • Санкт-Петербург
  • Оффлайн Оффлайн
    • electrotransport.ru
    • Награды
Спектр светодиодов
« Ответ #4 : 13 Фев 2013 в 01:58 »
Занятное исследование, вот бы таким приборчиком проверить на спектр специальные светодиоды, красные что позиционируются как 660нм, ато покупаю у китайцев для растений и сам не знаю что беру :bw:
Любой красный светодиод - 660нм.
Посмотрите график красного лазера - те самые 660нм и есть.
Длина волны безлюминофорных светодиодов очень жёстко завязана на химию кристалла.
А химий кристалла не так много.
Так что даже захочешь, а 640нм не сделаешь - надо другой полупроводник изобретать.

С уважением,
Андрей

vat2b2

  • Начинающий
  • *
  • Репутация:
    +7/-0
  • :
    1
    0
  • Сообщений: 50
  • г. Видное М.О.
  • Оффлайн Оффлайн
    • Награды
Спектр светодиодов
« Ответ #5 : 13 Фев 2013 в 09:19 »
На самом деле вы не совсем правы. Есть коммерчески доступные светодиоды покрывающие весь видимый и ближний инфракрасный диапазон излучения с шагом около 20нм (сравнимо с шириной полосы излучения диода). Более того, существуют даже светодиоды излучающие в дальней УФ области (254 нм). Используются обычно в разных спектральных анализотрах (например в ВЭЖХ). Цена баслословная, купить практически невозможно.
Кстати у лазеров полоса излучения существенно уже (~1нм для диодных лазеров, ~0.1нм для газовых лазеров), чем у светодиодов ~20нм, просто, по всей видимости, прибор, который вы используете сам имеет низкую дисперсию и существенно уширяет спектры.

P.S. А что за прибор, кстати? Не OceanOptics случайно?

zap

  • Администратор
  • Старожил
  • *
  • Репутация:
    +510/-17
  • :
    147
    1446
  • Сообщений: 11651
  • Санкт-Петербург
  • Оффлайн Оффлайн
    • electrotransport.ru
    • Награды
Спектр светодиодов
« Ответ #6 : 13 Фев 2013 в 15:18 »
Сегодня узнал название, "Eye one pro".
Вот такой: http://www.publish.ru/articles/200108_4044430

Цитата
Есть коммерчески доступные светодиоды покрывающие весь видимый и ближний инфракрасный диапазон излучения с шагом около 20нм (сравнимо с шириной полосы излучения диода).
Не буду спорить, все знания о светодиодах у меня на уровне научпопа. Я думал, длина излучаемой волны зависит от химического состава полпроводника, но, возможно, я неправ.

Цитата
Кстати у лазеров полоса излучения существенно уже (~1нм для диодных лазеров, ~0.1нм для газовых лазеров), чем у светодиодов ~20нм, просто, по всей видимости, прибор, который вы используете сам имеет низкую дисперсию и существенно уширяет спектры.
Ну, если посмотреть на спектр фиолетового светодиода то видно, что он гораздо шире чем 20нм (где-то 60нм), так что это не объяснишь дисперсией прибора. Свет лазера гораздо более узкий (как раз примерно 20нм шириной).

С уважением,
Андрей

vat2b2

  • Начинающий
  • *
  • Репутация:
    +7/-0
  • :
    1
    0
  • Сообщений: 50
  • г. Видное М.О.
  • Оффлайн Оффлайн
    • Награды
Спектр светодиодов
« Ответ #7 : 13 Фев 2013 в 15:49 »
Длина волны безусловно от состава полупроводника зависит(точнее зависит от ширины запрещенной зоны этого полупроводника, если очень грубо выражаться). А так как в светодиодах применяются полупроводники типа A(III)B(V), и часто ещё допированные чем нибудь, то возможностей повлиять на параметры перехода меняя только состав материала у производителей более чем достаточно.

А лазер с шириной спектра(точнее полушириной на полувысоте) 20нм - это уже не лазер, а .... Типичная величина 1нм и меньше. Потому и говорю про дисперсию.

zap

  • Администратор
  • Старожил
  • *
  • Репутация:
    +510/-17
  • :
    147
    1446
  • Сообщений: 11651
  • Санкт-Петербург
  • Оффлайн Оффлайн
    • electrotransport.ru
    • Награды
Спектр светодиодов
« Ответ #8 : 13 Фев 2013 в 15:52 »
Дык это и есть "..."  :-D а именно - лазерная указка.
На ширину спектра излучения, думаю, при их производстве обращают внимание в последнюю очередь :)
Да и многомодовые они, скорее всего.

Надо принЕсть ещё разноцветных "простых" светодиодиков (в прозрачном куполе диаметром 5мм) и померять их, интересно. А также посмотреть сквозь призму на экран ЭЛТ монитора, тоже интересно.

С уважением,
Андрей

Wector

  • Местный
  • ****
  • Репутация:
    +19/-3
  • :
    88
    58
  • Сообщений: 687
  • Винница, Украина
  • Занятия:создаю зарядки для лития, дальний снайпинг
  • Оффлайн Оффлайн
    • Награды
Спектр светодиодов
« Ответ #9 : 15 Фев 2013 в 14:42 »
zap отличная темка, спасибо.
Для полного раскрыва тематики хотелось бы ксеноновую фару (лампу) посмотреть еще.  :-)

Сверхкомпактная зарядка http://electrotransport.ru/ussr/index.php?topic=43983.msg1021625#new
"Крутизна" на траекторию полета пули не влияет.

djbob2000

Спектр светодиодов
« Ответ #10 : 06 Ноя 2013 в 23:23 »
Вот глядите.

* 4c970cu-960.jpg (42.68 кБ. 694x521 - просмотрено 1139 раз.)

cepera_ang

  • Начинающий
  • *
  • Репутация:
    +2/-0
  • :
    11
    11
  • Сообщений: 99
  • Москва
  • Пешеход :(
  • Оффлайн Оффлайн
    • Награды
Спектр светодиодов
« Ответ #11 : 09 Ноя 2013 в 12:38 »
Вот еще есть отличная статья про спектры разных источников, их CRI и тд, осторожно - матан и английский -- http://physics.ucsd.edu/do-the-math/2012/05/spectral-extravaganza-the-ultimate-light/

Cube Acid + MAC 8T front + EB306 (воскресал дважды) + 16s3p наркота (умерла героической смертью)

_claw

  • Купец
  • Старожил
  • **
  • Репутация:
    +144/-4
  • :
    133
    940
  • Сообщений: 5990
  • Б. Камень
  • ездю на всем, ездю везде
  • Оффлайн Оффлайн
    • маленький китай
    • Награды
Спектр светодиодов
« Ответ #12 : 10 Ноя 2013 в 04:01 »
чайниковский вопрос. те если я применю 2 led источника, один теплый, другой холодный, то результатом будет практически идеальный солнечный свет?

FAS_r7

  • ЭЧ, электротранспорт в крови
  • Старожил
  • *
  • Репутация:
    +292/-0
  • :
    3359
    579
  • Сообщений: 3986
  • Москва_Хамовники
  • Молния с эбонитовым ускорителем - круче только горы в которых еще на катал )))
  • Оффлайн Оффлайн
    • Награды
Спектр светодиодов
« Ответ #13 : 10 Ноя 2013 в 12:14 »
он очень далек будет от идеала, но будет все равно интереснее чем с диодами одного типа.
У меня в фаре как раз так сделано, половина теплых и половина холодных.
Страницы: 1Вверх