Apa latensi LED?

LED diketahui memiliki latensi siklus daya yang sangat rendah dan tidak terlalu mencolok, tetapi seberapa cepat mereka diukur? (nanodetik?)

Dengan kata lain, berapa lama waktu yang diperlukan untuk LED yang sepenuhnya mati untuk mendapatkan kecerahan optimal, dan berapa lama untuk beralih dari kecerahan penuh ke mati? Saya berasumsi bahwa saat ini diterapkan membuat perbedaan?

Saya menanyakan hal ini karena monitor LED-backlit modern menggunakan PWM untuk mencapai tingkat kecerahan yang berbeda, dan bahkan dalam lampu latar yang berkedip-kedip di ribuan Hertz , LED tampaknya merespons hampir secara instan (tidak seperti CFL, yang agak lambat dalam siklus daya).

Untuk menjawab pertanyaan ini, pertama-tama perlu dibuat perbedaan antara LED fosfor ^{(# 1)} (mis. LED putih, mungkin beberapa LED hijau) dan LED emisi langsung (mis. LED warna paling terlihat, LED IR dan UV).

LED emisi langsung biasanya memiliki turn a pada waktu dalam nanodetik satu digit , lebih lama untuk LED lebih besar. Turn off kali untuk ini dalam puluhan nanodetik , sedikit lebih lambat dari turn-on. LED IR biasanya menunjukkan waktu transisi tercepat, untuk alasan yang diberikan sebelumnya.

LED tujuan khusus tersedia, yang sambungan dan geometri ikatan-kawatnya dirancang khusus untuk memungkinkan 800 picosecond hingga 2 nanosecond . Untuk pulsa yang bahkan lebih pendek, dioda laser tujuan khusus, dalam banyak hal secara operasional mirip dengan LED, bekerja hingga 50 pulsa picosecond .

Seperti yang ditunjukkan oleh @ConnorWolf dalam komentar, ada juga keluarga produk LED dengan bentuk sinar optik khusus , yang memiliki lebar pulsa 500 hingga 1000 picoseconds .

LED tipe fosfor memiliki waktu nyala dan mati dalam puluhan hingga ratusan nanodetik , jauh lebih lambat dari LED emisi langsung.

Faktor dominan untuk perpindahan LED cepat bukan hanya waktu transisi emisi inheren LED:

• Induktansi jejak menyebabkan naik dan turunnya waktu. Jejak yang lebih panjang = transisi yang lebih lambat.
• Kapasitansi persimpangan LED itu sendiri adalah faktor ^{(# 2)} . Misalnya, LED 5-lubang-lubang ini memiliki kapasitansi persimpangan sebesar 50 pF nominal. Persimpangan yang lebih kecil misalnya 0602 SMD LED memiliki kapasitansi persimpangan yang lebih rendah, dan dalam hal apa pun lebih mungkin digunakan untuk lampu latar layar.
• Kapasitansi parasit (jejak dan sirkuit dukungan) memainkan peran penting dalam meningkatkan konstanta waktu RC dan dengan demikian memperlambat transisi.
• Topologi penggerak LED yang tipikal, misalnya switching MOSFET sisi rendah, tidak secara aktif menarik tegangan melintasi LED ketika dimatikan , oleh karena itu waktu mematikan biasanya lebih lambat daripada menyalakan.
• Sebagai akibat dari faktor induktif dan kapasitif di atas, semakin tinggi tegangan maju LED , semakin lama naik dan turunnya waktu, karena sumber daya harus menggerakkan arus lebih keras untuk mengatasi faktor-faktor ini. Dengan demikian IR LED, dengan tegangan maju terendah, transisi tercepat.

Dengan demikian, dalam praktiknya, konstanta waktu pembatas untuk desain yang diimplementasikan dapat mencapai ratusan nanodetik . Hal ini sebagian besar disebabkan oleh faktor eksternal yaitu sirkuit penggerak. Bandingkan ini dengan waktu transisi junction yang jauh lebih pendek.

Untuk mendapatkan indikasi dominasi desain sirkuit penggerak dibandingkan dengan LED sendiri, lihat RFI pemerintah AS baru-baru ini (April 2013), mencari desain sirkuit yang dapat menjamin waktu switching LED dalam rentang 20 nanodetik .

Catatan :

# 1: LED tipe fosfor memiliki sambungan pemancar cahaya yang mendasarinya, biasanya dalam rentang biru jauh atau ultraviolet, yang kemudian menggairahkan lapisan fosfor. Hasilnya adalah kombinasi dari beberapa panjang gelombang yang dipancarkan, karenanya spektrum panjang gelombang yang lebih luas daripada LED emisi langsung, ini dianggap sekitar putih (untuk LED putih).

Emisi fosfor sekunder ini aktif atau mati jauh lebih lambat daripada transisi persimpangan. Juga, saat belok, sebagian besar fosfor memiliki ekor panjang yang membuat waktu belok lebih jauh.

# 2: Geometri persimpangan mempengaruhi kapasitansi persimpangan secara signifikan. Oleh karena itu, langkah serupa diambil untuk pembuatan LED yang dirancang khusus untuk pensinyalan kecepatan tinggi dalam kisaran MHz, seperti yang digunakan untuk desain dioda switching frekuensi tinggi. Kapasitansi dipengaruhi oleh ketebalan lapisan penipisan serta area persimpangan. Pilihan material (GaAsP v / s GaP dll) juga memengaruhi mobilitas operator di persimpangan, sehingga mengubah "waktu perpindahan".

Apa yang mungkin Anda cari adalah waktu rekombinasi radiasi: Waktu yang biasanya diperlukan untuk sebuah lubang dan elektron untuk bergabung kembali ketika melakukannya dengan memancarkan foton, yang merupakan proses stokastik dan karenanya dapat memakan waktu berapa pun. Dari sudut pandang seorang insinyur, Anda harus menambahkan ini berapa pun waktu yang diperlukan untuk membuat lubang dan elektron pada tingkat yang Anda inginkan di tempat pertama, setelah mengatasi efek listrik seperti hambatan, induktansi, dan kapasitas, termasuk yang dari LED, yang kemasan, dan sirkuit mengemudi Anda.

Dengan hanya informasi ini, Anda masih dapat tersandung fakta bahwa waktu rekombinasi keseluruhan secara umum dan waktu rekombinasi radiatif khususnya sangat bervariasi dalam semikonduktor, yang paling signifikan antara mereka yang memiliki celah pita tidak langsung (yang biasanya hanya menghasilkan LED yang sangat tidak efisien, seperti silikon ) dan mereka yang memiliki celah pita langsung (yang biasanya digunakan untuk LED). Sadari juga ketergantungan pada panjang gelombang.

Sementara saya tidak memiliki angka pada siap, urutan besarnya untuk optoelektronik harus nanodetik. Ketika dioptimalkan untuk digunakan sebagai laser, yang pada dasarnya adalah cermin bagian dalam LED yang dioptimalkan untuk umpan balik optik, waktu rekombinasi atau masa pakai keadaan atas biasanya beberapa nanodetik menurut RP Photonics Encyclopedia . Dugaan saya adalah bahwa LED biasa tidak akan melebihi nilai itu tetapi juga, mungkin kecuali dioptimalkan secara khusus, juga tidak akan jauh lebih cepat.