Jakie jest opóźnienie LED?

Wiadomo, że diody LED mają bardzo niskie, niezauważalne opóźnienie cyklu zasilania, ale jak szybko są mierzone? (nanosekundy)

Innymi słowy, ile czasu zajmuje całkowicie wyłączona dioda LED, aby uzyskać optymalną jasność i jak długo trwa przejście z pełnej jasności do wyłączenia? Zakładam, że zastosowany prąd robi różnicę?

Pytam o to, ponieważ nowoczesne monitory z podświetleniem LED wykorzystują PWM, aby osiągnąć różne poziomy jasności, a nawet w podświetleniach, które migoczą przy tysiącach herców , diody LED wydają się reagować niemal natychmiast (w przeciwieństwie do świetlówek kompaktowych, które mają dość powolny cykl zasilania).

Aby odpowiedzieć na to pytanie, najpierw należy wprowadzić rozróżnienie między diodami LED z luminoforu ^{(nr 1)} (np. Białe diody LED, ewentualnie niektóre zielone diody LED) i diodami LED emisji bezpośredniej (np. Najbardziej widoczne diody LED w kolorze, diody IR i UV).

Bezpośrednie diody emisyjne mają zazwyczaj Turn- na czasie w jednocyfrowe nanosekund , dłuższy dla większych LED. Turn off czasy dla nich są w kilkudziesięciu nanosekund , nieco wolniej niż włączeniu odbiornika. Diody podczerwieni zwykle pokazują najszybsze czasy przejścia, z podanych powodów.

Dostępne są diody LED specjalnego przeznaczenia , których geometria połączenia i drutu łączącego została zaprojektowana specjalnie w celu umożliwienia 800 impulsów od 2 pikosekund do 2 nanosekund . W przypadku jeszcze krótszych impulsów diody laserowe specjalnego przeznaczenia, pod wieloma względami funkcjonalnie podobne do diod LED, działają aż do 50 impulsów pikosekundowych .

Jak zauważył @ConnorWolf w komentarzach, istnieje również rodzina produktów LED ze specjalnym kształtowaniem wiązki optycznej , które oferują szerokość impulsu od 500 do 1000 pikosekund .

Diody LED typu fosforowego mają czasy włączania i wyłączania w dziesiątkach do setek nanosekund , znacznie wolniej niż diody LED emitujące bezpośrednio.

Dominujące czynniki szybkiego przełączania diod LED to nie tylko nieodłączny czas przejścia diody LED:

• Indukcyjność śladów powoduje dłuższe czasy narastania i opadania. Dłuższe ślady = wolniejsze przejścia.
• Współczynnik pojemności samej diody LED jest czynnikiem ^{(# 2)} . Na przykład te diodowe diody LED o przekroju 5 mm mają pojemność złącza 50 pF nominalnie. Mniejsze skrzyżowania, np. Diody LED SMD 0602, mają odpowiednio niższą pojemność złącza i są w każdym razie bardziej prawdopodobne, że zostaną użyte do podświetlenia ekranu.
• Pojemność pasożytnicza (ślady i obwody podtrzymujące) odgrywa ważną rolę w zwiększaniu stałej czasowej RC, a zatem spowalnia przejścia.
• Typowe topologie sterujące diodami LED, np. Przełączanie MOSFET po stronie niskiej, nie aktywnie obniżają napięcia na diodzie LED podczas wyłączania , dlatego czasy wyłączenia są zwykle dłuższe niż włączenie.
• W wyniku powyższych czynników indukcyjnych i pojemnościowych, im wyższe jest napięcie przewodzące diody LED , tym dłuższy jest czas narastania i opadania, ze względu na to, że źródło prądu musi mocniej napędzać prąd, aby pokonać te czynniki. W ten sposób diody podczerwieni o typowo najniższych napięciach przewodzenia szybko przechodzą.

Zatem w praktyce limity czasowe dla wdrożonego projektu mogą wynosić setki nanosekund . Wynika to głównie z czynników zewnętrznych, tj. Obwodu sterującego. Porównaj to ze znacznie krótszymi czasami przejścia złącza LED.

Aby uzyskać informacje na temat dominacji konstrukcji obwodów napędowych w porównaniu do samych diod LED, zapoznaj się z ostatnim RFI rządu USA (kwiecień 2013 r.), Szukającym projektów obwodów, które mogą zagwarantować czas przełączania diod LED w zakresie 20 nanosekund .

Uwagi :

# 1: Dioda LED typu luminoforu ma leżące u dołu złącze emitujące światło, zwykle w zakresie dalekiego błękitu lub ultrafioletu, które następnie pobudza powłokę luminoforu. Rezultatem jest kombinacja wielu emitowanych długości fal, stąd szersze spektrum długości fal niż dioda LED emisji bezpośredniej, co jest postrzegane jako w przybliżeniu białe (dla białych diod LED).

Ta wtórna emisja fosforu włącza się lub wyłącza znacznie wolniej niż przejście skrzyżowania. Ponadto przy wyłączaniu większość luminoforów ma długi ogon, który dodatkowo skraca czas wyłączania.

# 2: Geometria złącza znacząco wpływa na pojemność złącza. W związku z tym podobne kroki są podejmowane w przypadku produkcji diod LED zaprojektowanych specjalnie do szybkiej sygnalizacji w zakresie MHz, podobnie jak w przypadku diod przełączających o wysokiej częstotliwości. Na pojemność ma wpływ grubość warstwy zubożonej, a także obszar połączenia. Wybór materiału (GaAsP v / s GaP itp.) Wpływa również na ruchliwość nośnika na skrzyżowaniu, zmieniając w ten sposób „czas przełączania”.

To, czego prawdopodobnie szukasz, to czas rekombinacji radiacyjnej: czas, jaki zwykle zajmuje rekombinacja dziury i elektronu podczas emisji fotonu, co jest procesem stochastycznym, a zatem może zająć dowolną ilość czasu. Z perspektywy inżyniera będziesz musiał dodać do tego czas potrzebny do stworzenia dziur i elektronów w pożądanym tempie, po pierwsze, po przezwyciężeniu efektów elektrycznych, takich jak rezystancja, indukcyjność i pojemność, w tym diody LED, jej opakowanie i obwód napędowy.

Mając tylko te informacje, nadal możesz potknąć się o fakt, że ogólne czasy rekombinacji w ogóle, a w szczególności czasy rekombinacji promieniowania różnią się znacznie w półprzewodnikach, szczególnie między tymi z pośrednim pasmem wzbronionym (tymi, które zwykle wytwarzają tylko bardzo nieefektywne diody LED, takie jak krzem ) i te z bezpośrednim odstępem między pasmami (które są zwykle stosowane w przypadku diod LED). Należy również pamiętać o zależności od długości fali.

Chociaż nie mam gotowych liczb, rząd wielkości dla optoelektroniki powinien wynosić nanosekundy. Po zoptymalizowaniu pod kątem użycia jako lasera, który jest w zasadzie diodą LED wewnątrz zwierciadeł zoptymalizowanych pod kątem optycznego sprzężenia zwrotnego, czas rekombinacji lub czas trwania stanu górnego wynosi zazwyczaj kilka nanosekund, zgodnie z Encyklopedią RP Photonics . Domyślam się, że zwykłe diody LED nie przekroczą tej wartości, ale także, chyba że specjalnie zoptymalizowane, nie będą też znacznie szybsze.