Вы когда-нибудь задумывались, почему некоторые светодиодные ленты светятся теплым уютным белым цветом, другие — четким дневным синим, а третьи переливаются миллионами цветов? Секрет не волшебство — это физика полупроводников.
В этом руководстве мы простым языком объясняем, как светодиоды производят разные цвета, почему красный светодиод и синий светодиод устроены по-разному и как производители создают белый и RGB-свет из одних и тех же крошечных чипов.
01. Почему светодиоды бывают разных цветов?
Светодиод излучает свет, когда электроны выделяют энергию внутри полупроводника. цвет этого света зависит от того, сколько энергии выделяет каждый электрон — и это зависит от материала, из которого изготовлен светодиод, и структуры его энергетических зон.
Выделяется больше энергии = короче длина волны = более синий свет.
Выделяется меньше энергии = длиннее длина волны = более красный свет.
Вот почему весь видимый спектр — фиолетовый, синий, зеленый, желтый, оранжевый и красный — можно получить с помощью светодиодов, просто выбрав правильный полупроводниковый материал и конструкцию.
Посмотрите видимый спектр ниже: при 400 нм вы получаете фиолетовый, а при 700 нм — темно-красный — со всеми промежуточными цветами.
02 энергетических диапазона: сердце светодиодного освещения
Внутри каждого полупроводника есть два важных энергетические полосы:
Валентный диапазон
Самая высокая энергетическая зона, полностью занятая электронами. Электроны здесь связаны со своими атомами и не могут свободно перемещаться, передавая ток.
Диапазон проводимости
Зона более высоких энергий, в которой электроны могут свободно перемещаться и переносить электрический ток. Когда электрон набирает достаточно энергии, он подпрыгивает сюда.
Разрыв между этими двумя полосами называется запрещенная зона. Вот что происходит, когда вы включаете светодиод:
03. Как ширина запрещенной зоны определяет цвет
Вот ключевое правило: большая запрещенная зона требует больше энергии для возбуждения электрона, создавая более короткие волны (синий/фиолетовый); меньшая запрещенная зона дает более длинные волны (красный/оранжевый).
| Цвет | Длина волны | Энергия запрещенной зоны |
|---|---|---|
| Инфракрасный | > 760 нм | < 1.63 eV |
| Красный | 610 – 760 нм | 1,63 – 2,03 эВ |
| Апельсин | 590 – 610 нм | 2,03 – 2,10 эВ |
| Желтый | 570 – 590 нм | 2,10 – 2,18 эВ |
| Зеленый | 500 – 570 нм | 2,18 – 2,48 эВ |
| Синий | 450 – 500 нм | 2,48 – 2,76 эВ |
| Фиолетовый | 400 – 450 нм | 2,76 – 3,10 эВ |
| Ультрафиолетовый | < 400 nm | > 3,10 эВ |
Таким образом, синий светодиод и красный светодиод — это не один и тот же чип, окрашенный по-разному — они сделаны из разные полупроводниковые материалы с разной запрещенной зоной.
04. Полупроводниковые материалы и их цвета
Производители светодиодов выбирают определенные полупроводниковые соединения для каждого цвета. Вот наиболее распространенные материалы, используемые сегодня:
| Цвет | Общие полупроводниковые материалы |
|---|---|
| Красный | AlGaAs, GaAsP, AlGaInP, GaP |
| Оранжевый / Янтарный | ГаАсП, АлГаИнП |
| Желтый | ГаАсП, АлГаИнП |
| Зеленый | ГаП, ИнГаН, ГаН |
| Синий | InGaN (селенид цинка/карбид кремния в качестве подложки) |
| Фиолетовый | ИнГаН |
| Белый | Синий InGaN + желтый люминофор или комбинация RGB |
Обратите внимание, что нитрид индия-галлия (InGaN) power blue — революционный материал, который сделал возможными белые светодиоды и получил Нобелевскую премию по физике 2014 года.
Для полосовых светильников эти чипы упакованы в SMD-компоненты например 5050, 2835 или 3030. Узнайте больше в нашем руководстве по SMD светодиоды в светодиодных лентах.
05. От одноцветного к белому и RGB-свету
Светодиоды естественным образом не излучают белый свет. Чтобы создать белый цвет и миллионы цветов, производители используют два хитроумных метода:
Синий + Люминофор = Белый
Синий чип InGaN покрыт желтым люминофором. Синий свет возбуждает люминофор, который излучает желтый цвет — вместе они выглядят как белый свет. Отрегулируйте люминофор для переключения между теплым и холодным белым.
Смешение RGB = 16 миллионов цветов
Три чипа — красный, зеленый и синий — упакованы в один светодиод. Смешивая их в разных пропорциях, светодиод RGB может воспроизводить примерно 16 миллионов различных оттенков.
Что это значит для светодиодных лент
Одноцветные полоски используйте один фиксированный цвет чипа — самый надежный и последовательный вариант теплого белого или определенного цвета.
RGB/RGBW ленты комбинируйте цветные чипы для получения динамичных эффектов изменения цвета — идеально подходит для развлечений и акцентного освещения.
Изучите наш одноцветные светодиодные ленты и RGBW светодиодные ленты чтобы увидеть разницу в действии.
06. Выбор правильного цвета светодиода для вашего проекта
Как только вы поймете, как создаются цвета светодиодов, выбор станет намного проще. Вот краткое руководство по принятию решений:
Уютные пространства
2700–3000 К для спален, гостиных, ресторанов и отелей — расслабляющий и гармонирующий с тоном кожи.
Задача и работа
4000–6500K для кухонь, офисов, гаражей и магазинов — яркий, четкий и заряжающий энергией.
Динамические эффекты
Игровые комнаты, бары, вывески и акцентное освещение — бесконечные цветовые сцены и эффекты.
Последовательность прежде всего
Фирменные цвета, архитектурные линии и приложения, где точность цветопередачи имеет наибольшее значение.
Цветовая температура — один из наиболее важных выборов, которые вы сделаете. Сравните варианты в нашем руководстве с 2700К против 3000К против 5000К против 6500К, затем просмотрите наш настраиваемые белые светодиодные ленты для регулируемого ЦКТ.
07 Часто задаваемые вопросы о цветах светодиодов
1 кварталПочему моя светодиодная лента имеет другой цвет, чем ожидалось?
Белые светодиоды изготавливаются путем объединения синего чипа с люминофором, а небольшие различия в люминофоре или биннинге меняют тон. Качественные полосы контролируют это с помощью биннинга с низким SDCM. Узнайте о постоянство цвета светодиодов для получения подробной информации.
2 кварталМожет ли один светодиод воспроизводить любой цвет?
Нет. Один светодиодный чип производит один цвет в зависимости от его материала и ширины запрещенной зоны. Чтобы получить миллионы цветов, полосы RGB смешивают вместе красные, зеленые и синие чипы.
Q3Как получается белый свет, если светодиоды не могут излучать белый цвет?
Два способа: синий светодиод, покрытый желтым люминофором (наиболее распространенный), или путем смешивания красного, зеленого и синего света. Люминофорный метод используется в большинстве белых светодиодных лент.
Q4Какой цвет светодиода лучше всего подходит для моей комнаты?
Теплый белый (2700–3000 К) подходит для расслабляющих помещений, таких как спальни и гостиные; холодный белый (4000–6500 К) подходит для кухонь, офисов и рабочих зон; RGB подходит для развлекательных зон. Посмотрите наш руководство по цветовой температуре.
Не знаете, какой цвет выбрать?
Сообщите нам ваше пространство и область применения — наши инженеры порекомендуют правильный цвет светодиода и ленту.
Объяснение смешивания RGB очень ясное. Понимание того, как люминофорное покрытие производит белый свет от синих фишек, — это деталь, которую я раньше не видел должным образом. Отличное фоновое чтение.
Увлекательное объяснение того, как светодиоды создают цвета. Объяснение смешивания RGB наконец-то приобрело для меня смысл. Раздел о люминофорном покрытии для белого света — деталь, которую пропускают большинство статей.
Объяснение того, как преобразование люминофора и смешивание RGB создают цвета, было легко понять. Раздел «Длина волны» дал мне лучшую основу для объяснения клиентам теплого и холодного белого. Хорошая наука, но не слишком техническая.