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バンドギャップエネルギーと発光波長

1960
Semiconductor analysis in solid state physics with LED light emission.

(画像はイメージです)

光の色 導かれた is determined by the semiconductor’s band gap energy ([latex]E_g[/latex]). The energy of the emitted photon is approximately equal to [latex]E_g[/latex]. This energy is inversely proportional to the wavelength ([latex]\lambda[/latex]) of the light, according to the Planck-Einstein relation [latex]E_g \approx hf = \frac{hc}{\lambda}[/latex]. By engineering alloys, the band gap can be precisely tuned to produce different colors.

LEDの色を制御する能力は、量子力学と固体物理学の直接的な応用です。「バンドギャップ」とは、半導体における価電子帯と伝導帯のエネルギー差のことです。電子が正孔と再結合して光子を放出するには、このギャップを越える必要があります。したがって、放出される光子のエネルギーは、このギャップの大きさに根本的に関係しています。

Scientists can ‘engineer’ the band gap by creating compound semiconductor alloys. For example, in Gallium Arsenide Phosphide (GaAsP), the ratio of arsenic to phosphorus can be varied to change the band gap and thus tune the emitted color from infrared (pure GaAs) to red. Similarly, Indium Gallium Nitride (InGaN) alloys are used for blue, green, and cyan LEDs, where the indium-to-gallium ratio determines the exact color. This precise control over material composition allows for the creation of LEDs across the entire visible spectrum, as well as in the infrared and 紫外線 ranges, which was impossible with previous lighting テクノロジー.

UNESCO Nomenclature: 2211
固体物理学

タイプ

物理的資産

混乱

実質的な

使用法

広く普及している

前駆物質

  • プランクの関係式 (e=hf)
  • アインシュタインの光電効果に関する研究
  • エピタキシーなどの半導体結晶成長技術の開発
  • フェリックス・ブロッホらが開発した固体のバンド理論

アプリケーション

  • テレビやモニター用のRGBディスプレイ
  • 特定のスペクトルを持つ園芸用育成ライト
  • マルチカラー表示灯
  • 自動車の内装および外装照明
  • 医療用光線療法機器

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

  • tunable leds that can change color on demand for mood lighting
  • led-based chemical sensors where material interaction alters the band gap and color
  • ultra-wide bandgap leds for deep uv sterilization
  • narrow-bandgap leds for efficient infrared thermal imaging
  • leds made from novel 2d materials with electrically tunable band gaps
  • perovskite-based leds offering high efficiency and color purity
  • leds designed to emit specific wavelengths for activating photo-catalysts
  • multi-junction leds with several band gaps in one device for broad-spectrum emission
  • pressure-sensitive leds whose emission color changes with applied mechanical stress
  • leds using quantum confinement effects in nanocrystals to tune color
Related to: band gap, wavelength, photon energy, semiconductor 合金, Planck-Einstein relation, color tuning, quantum mechanics, gallium nitride, gallium arsenide, optoelectronics.

歴史的背景

バンドギャップエネルギーと発光波長

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1962
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(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

10年目 周年

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