Was ist eine lichtemittierende Laserdiode?

Fotolaserdiode LED ist ein Halbleiter, der elektrische Energie in Lichtenergie umwandelt. Die Farbe des emittierten Lichts hängt von Halbleitermaterial und -zusammensetzung ab. LEDs werden normalerweise in drei Wellenlängen unterteilt: ultraviolett, sichtbar und infrarot. Kommerzielle LEDs haben eine Einzelpixelleistung von mindestens 5 mW und einen Wellenlängenbereich von 360 nm bis 950 nm, die jeweils aus einem bestimmten Halbleitermaterial bestehen.

UV-LED: 320-360nm

UV-LEDs werden schnell kommerzialisiert, insbesondere für industrielle Härtungsanwendungen und medizinische/biomedizinische Anwendungen. Bis vor kurzem hat sich die Grenze für hocheffiziente Chips mit niedrigerer Wellenlänge von 390 nm auf 360 nm verschoben, und die Entwicklungen in den nächsten Jahren könnten dazu führen, dass hocheffiziente 320-nm-Chips in der Region kommerzialisiert werden.

Nahe ultraviolette bis grüne LED: 395 nm-530nm

Das Material für das Wellenlängenbereichsprodukt ist Indium-Gallium-Nitrid InGaN, das technisch für eine Wellenlänge zwischen 395 nm und 530 nm geeignet ist. Die meisten großen Anbieter konzentrieren sich jedoch auf die Herstellung von blauen 450-nm-475NM-LEDs, die zur Herstellung von weißem Licht mit Leuchtstoffen verwendet werden, und grünen LEDs im 520-nm-530nm-Bereich für die grüne Beleuchtung von Ampeln.

Im blauen Wellenlängenbereich sind schnelle Fortschritte und Effizienzsteigerungen zu verzeichnen, zumal der Wettlauf um immer hellere weiße Lichtquellen weitergeht.

Tiefrot bis nahes Infrarot (IRLED): 660 nm -900 nm

Es gibt viele Variationen in der Vorrichtungsstruktur in diesem Bereich, aber alle verwenden Aluminiumgalliumarsenid-AlGaAs- oder -GaAs-Materialien. Es gibt immer noch Bestrebungen, diese Geräte effizienter zu machen, aber diese Verbesserungen sind inkrementell. Zu den Anwendungen gehören Infrarot-IR-Fernbedienung, Nachtsichtbeleuchtung, industrielle Lichtsteuerung und verschiedene medizinische Anwendungen (660 nm-680nm).

Wie LEDs funktionieren

LEDs sind Halbleiterdioden, die Licht emittieren, wenn ein elektrischer Strom an die Vorwärtsrichtung des Geräts angelegt wird. Es muss genügend Spannung angelegt werden, damit die Elektronen die Verlustzone passieren und sich mit dem Loch auf der anderen Seite zu einem Elektron-Loch-Paar verbinden. Dabei gibt das Elektron seine Energie in Form von Licht ab und das Ergebnis ist die Emission von Photonen. Die Bandlücke eines Halbleiters bestimmt die Wellenlänge des emittierten Lichts, und eine kürzere Wellenlänge entspricht mehr Energie, sodass ein Material mit einer größeren Bandlücke eine kürzere Wellenlänge emittiert. Ein Material mit einer größeren Bandlücke erfordert auch eine höhere Leitungsspannung. Die kurzwellige blaue UV-LED hat eine Durchlassspannung von 3,5 Volt, während die Nahinfrarot-LED eine Durchlassspannung von 1,5-2,0 Volt hat.

Wellenlängenverfügbarkeit und Effizienz

Hocheffiziente LEDs können in jedem Wellenlängenbereich hergestellt werden, nur der Bereich von 535 nm bis 560 nm kann keine hocheffizienten LED-Leuchten produzieren. Die wichtigsten Faktoren bei der Kommerzialisierung einer bestimmten Wellenlänge hängen mit dem Marktpotenzial, der Nachfrage und den Industriestandard-Wellenlängen zusammen. Dies ist besonders deutlich in den 420nm-460nm-, 480nm-520nm- und 680nm-800nm-Regionen, da diese Wellenlängenbereiche nicht weit verbreitet sind. Es gibt nicht viele Hersteller, die LED-Produkte für diese Wellenlängenbereiche anbieten. Dennoch ist es möglich, kleine und mittlere Anbieter zu finden, die diese spezifischen Wellenlängen basierend auf der Kundennachfrage anbieten können. Jede Materialtechnik hat einen Wellenlängenbereich, in dem der Spot am effektivsten ist. Dieser Punkt liegt sehr nahe an der Mitte jedes Bereichs. Wenn der Halbleiter-Dotierungspegel von der optimalen Menge zunimmt oder abnimmt, nimmt die Effizienz ab, weshalb blaue LEDs eine größere Leistung als grünes oder nahes UV-Licht haben, Bernstein mehr Leistung als gelbgrün hat und nahes Infrarot 660 nm überlegen ist . Wenn Sie eine Wahl treffen müssen, ist es am besten, für die Mitte des Sortiments und nicht für den Rand zu entwerfen. Es ist einfacher, das Produkt zu bekommen, wenn Sie nicht am Rande der Materialtechnologie arbeiten.

Abbildung 1 - Wenden Sie die Gleichung I=(Vcc-Vf)/RL an, um den Stromwert zu ermitteln. Um den Stromfluss im Stromkreis absolut bestimmen zu können, muss jede LED VF vermessen und der entsprechende Lastwiderstand angegeben werden. In praktischen kommerziellen Anwendungen ist Vcc viel größer als VF ausgelegt, so dass kleine Änderungen in VF keine große Auswirkung auf den Gesamtstrom haben. Der Nachteil dieser Schaltung besteht darin, dass durch die RL eine große Verlustleistung entsteht. Bei Anwendungen, bei denen der Betriebstemperaturbereich sehr eng ist (weniger als 30 Grad) oder bei denen die LED-Leistung nicht kritisch ist, kann eine einfache Schaltung verwendet werden, die einen Strombegrenzungswiderstand verwendet, wie in der Abbildung gezeigt: A better way to drive eine LED soll eine Konstantstromquelle verwenden (siehe Abbildung 2). Die Schaltung liefert den gleichen Strom von Gerät zu Gerät und über Temperaturänderungen. Es hat auch einen geringeren Stromverbrauch als die Verwendung einfacher Strombegrenzungswiderstände. Kommerzielle, handelsübliche LED-Treiber sind von vielen verschiedenen Quellen erhältlich. Typischerweise verwenden diese Operationen das Prinzip der Pulsweitenmodulation (PWM) zur Helligkeitssteuerung.

Versorgen Sie die LED mit Strom und Spannung

Obwohl LEDs Halbleiter sind und eine Mindestspannung benötigen, um zu funktionieren, sind sie immer noch Dioden und müssen im Strommodus betrieben werden. Im DC-Modus arbeiten LEDs hauptsächlich auf zwei Arten. Am einfachsten und gebräuchlichsten ist die Verwendung eines Strombegrenzungswiderstands (siehe Abbildung 1). Der Nachteil dieser Methode ist die hohe Wärme- und Verlustleistung im Widerstand. Damit der Strom zwischen Temperaturänderungen und Geräten stabil bleibt, sollte die Versorgungsspannung viel größer sein als die Durchlassspannung der LED.

Abbildung 2 - Beispiel einer präzisen stabilen Schaltung. Diese Schaltung wird oft als Konstantstromquelle bezeichnet. Beachten Sie, dass der Versorgungsstrom durch die Versorgungsspannung (Vcc) minus Vin geteilt durch R1, (Vcc-VIN)/R1 bestimmt wird.

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