¿Por qué la producción de luz blanca con un LED requiere la combinación de un LED de longitud de onda corta, como azul o UV, y un recubrimiento de fósforo amarillo?
¿Por qué un solo LED no puede producir luz blanca pura?
La luz blanca no tiene una sola frecuencia, es una mezcla de todos los colores. Del mismo modo, el rosa no tiene una sola frecuencia, es una mezcla de rojo con blanco, es decir, blanco con rojo adicional.
Si el color no aparece en el espectro de colores (arco iris), entonces no es una sola frecuencia sino una mezcla de diferentes frecuencias.
En un LED, la luz se produce cuando un electrón pasa de un estado excitado a un estado de energía relajado, lo que produce una luz de una determinada energía (frecuencia), sin embargo, toda la luz será del mismo color debido a la banda prohibida (diferencia de energía). va a ser el mismo para todos los electrones.
Es posible (ver aquí ) colocar tres LED diferentes en un chip correspondiente a rojo, verde y azul. Esto produce el efecto de una luz blanca. Pero no es realmente blanco, ya que solo contiene rojo, verde y azul, y no naranja, amarillo o violeta/púrpura.
La pantalla de su computadora tampoco puede producir blancos verdaderos por la misma razón. Si ves amarillo en la pantalla de tu computadora, no hay luz de la frecuencia amarilla, solo la cantidad correcta de rojo, verde y azul para convencer a tus ojos de que se disparen como si fuera una verdadera frecuencia amarilla.
En esencia, un LED es un diodo fabricado con materiales semiconductores. Hay bandas prohibidas fijas para un material dado (o una mezcla de materiales en una proporción dada), por lo que solo están disponibles ciertos estados de energía. Esto significa que solo se pueden generar ciertas longitudes de onda de luz, ya que la longitud de onda es una función de la energía del fotón.
En teoría, si pudiera diseñar algún diodo que tuviera tres bandas prohibidas diferentes, podría producir, tal vez, una salida roja, verde y azul para lograr una luz blanca aparente. En la práctica, dudo que esto sea factible. Podría construir grupos compactos de diodos RGB, piense en televisores LED, pero creo que la temperatura de color y la eficiencia de un diseño de LED + fósforo es mucho mejor para fines de iluminación general.
En realidad, existe un tipo de LED que sí produce directamente luz blanca. Fue desarrollado en los primeros días del desarrollo del LED azul (mediados de la década de 1980) y consistía en un diodo en descomposición zener y una lente azul. Un diodo en ruptura produce, a falta de una palabra mejor, ruido ligero (ruido blanco = luz blanca). Dudo que este tipo de LED blancos estén disponibles hoy simplemente porque son demasiado caros y consumen demasiada energía. Cuando están encendidos, tienen un voltaje directo de alrededor de 7 voltios (voltaje de ruptura) y tienen una ruptura "inversa" de alrededor de 0,6 voltios (diodo con polarización directa).
Si definimos "luz blanca pura" como la combinación de todas las frecuencias del espectro visible, entonces la posibilidad de que un solo diodo la genere es prácticamente nula. Si definimos "luz blanca" como la combinación de 3 frecuencias (roja, verde y azul), entonces podemos generarla con 3 LED pequeños y "muy espaciados" con el color y la cantidad apropiados. Voy a llamar a este método el método "paralelo" de generación. En teoría, debería ser posible crear un diodo con 3 regiones de ruptura diferentes (pero apropiadas), una encima de la otra (método en serie), para lograr lo mismo. Pero independientemente del método utilizado, el número mínimo de frecuencias diferentes requeridas para producir "luz blanca"
Entonces, para resumir, la luz blanca requiere un mínimo de 3 frecuencias diferentes, una región de ruptura de diodo dada solo puede producir una frecuencia, por lo tanto, ¡la luz blanca no puede ser producida por una sola región de ruptura (LED único)!
Dato curioso: si sobrecarga un LED, comenzará a calentarse y posiblemente brillará, produciendo así un espectro de Blackbody = un espectro de Planck. Suba la potencia lo suficiente y brillará intensamente, es decir, producirá un espectro blanco directamente. Sin embargo, no lo toque, y tenga en cuenta que el LED se destruirá en el proceso;) (Oye, este es un foro de física después de todo;))
alexsaintx
David Richerby