Warum steigt die Lichtintensität in LEDs nach einem bestimmten Wert nicht mit dem Strom an?

11

Ich habe in Büchern gelesen, dass die Lichtintensität einer LED nicht über einen bestimmten Stromwert hinaus ansteigt.

Die Menge des emittierten Lichts hängt von der Kombination von Löchern und Elektronen ab. Wenn ja, dann muss mit zunehmendem Elektronenfluss in der Schaltung auch die effektive Kombination zunehmen, was zu einer höheren Intensität führt.

Aber warum passiert dies bei einer LED im Allgemeinen nicht über einen bestimmten Wert hinaus?

led current light semiconductors optoelectronics Andrew Flemming
quelle

Antworten:

11

Für das, was es wert ist, behauptet Maxim einen etwas anderen Mechanismus (thermisch) als den von Dave Tweed zitierten:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Wenn die LED-Ansteuerströme für das Multiplexen zunehmen, steigen auch die Innentemperaturen innerhalb der LED. Es gibt einen Punkt, an dem der Temperaturanstieg einen Abfall der Photonenumwandlungseffizienz verursacht, was wiederum den Effekt der erhöhten Stromdichte durch den Übergang negiert. Zu diesem Zeitpunkt kann eine Erhöhung der Ansteuerströme zu einer geringfügigen Zunahme, keiner Änderung oder sogar Abnahme der Lichtleistung des LED-Chips führen.

Der Unterschied kann wichtig sein, wenn der LED sehr kurze Stromimpulse zugeführt werden.

Spehro Pefhany
quelle
+1 Für die Abbildung. Aber ich kann nicht verstehen, was Sie tatsächlich unter "Temperatur negiert den Effekt der erhöhten Stromdichte durch den Übergang" sagen.
Andrew Flemming
1
@RelevationsSajith: Es ist der erste Teil, der wichtig ist - temperature increase causes a drop in photon conversion efficiency. Mit zunehmendem Strom wird die LED heißer. Die Wärme verringert den Wirkungsgrad. Ab einem bestimmten Punkt kann die Abnahme des Wirkungsgrads durch Heißwerden größer sein als die Zunahme durch den zusätzlichen Strom.
psmears
Die thermische Trägheit des LED-Halbleiters sollte eine höhere Intensität ermöglichen, wenn der Stromimpuls kurz ist.
kuschelig3
15

Nicht alle Rekombinationen führen zur Emission eines Photons mit sichtbarem Licht. Nur diejenigen, die innerhalb des PN-Übergangs der LED selbst auftreten, haben die Energie dafür, und dieses Volumen kann bei hohen Strompegeln "gesättigt" werden. Wenn dies geschieht, passieren einige der Elektronen und Löcher den gesamten Weg durch den Übergang, bevor sie sich auf beiden Seiten im Schüttgut rekombinieren, wo sie dies mit reduzierter Energie tun, was zur Freisetzung längerwelliger (Wärme-) Photonen führt.

Dave Tweed
quelle
4
+1. Das ist im Grunde "weil es Feuer fängt, bevor es mehr leuchten kann"
Vladimir Cravero
Können Elektronen den PN-Übergang passieren, ohne sich neu zu verbinden? Weil ich dachte, dass sich Elektronen durch die besetzten Löcher über den Übergang von einem Ende zum anderen bewegen.
Andrew Flemming
4

Wie bei den aktuellen Antworten von Spehro und Dave ist der begrenzende Faktor die Wärme, die durch den Strom erzeugt wird.

Wenn der Strom zunimmt, nimmt die Lichtleistung zu, aber wenn der Strom hoch wird, wird der Übergang der LED heiß. Je heißer die Verbindung ist, desto weniger effizient wird die LED. So erreichen Sie einen Punkt, an dem eine Erhöhung des Stroms die Lichtleistung tatsächlich verringert, einfach weil die LED weniger effizient ist, um Elektrizität in Licht umzuwandeln.

Es ist üblich, die Effizienz einer LED durch Kühlung über Kühlkörper zu steigern. (Von einigen auch als "Heizplatten" bezeichnet, da einige beliebte LEDs auf kupferbeladenen Leiterplatten vormontiert sind.)

Um das beste Verhältnis von Lichtleistung zu Strom aus einer LED-Konfiguration herauszuholen, wird in der Regel mehr als eine LED für diesen Zweck verwendet und untersteuert. Wenn Sie tatsächlich weniger Strom pro LED verbrauchen, erhalten Sie mehr Effizienz. Dies geht jedoch zu Lasten der Verwendung von mehr LEDs in einem bestimmten Design.

Durch LEDs kann auch mehr Strom gepulst werden als durch konstanten Strom. Dies wird in einigen Bühnenbeleuchtungsgeräten sowie in anderen Produkten, die hochintensive Stroboskopeffekte wie dieses Rescue Beacon verwenden, mit großer Wirkung eingesetzt .

Insgesamt ist die Intensität einer LED durch die von ihr erzeugte Wärmemenge begrenzt.

ZizzyDizzyMC
quelle