Яка затримка світлодіода?

Як відомо, світлодіоди мають дуже низьку, непомітну затримку енергоциклу, але наскільки швидко вони вимірюються? (наносекунд?)

Іншими словами, скільки часу потрібно, щоб світлодіод, повністю вимкнений, щоб досягти оптимальної яскравості, і скільки часу потрібно, щоб перейти від повної яскравості до вимкнення? Я припускаю, що застосовуваний струм має значення?

Я запитую це, оскільки сучасні монітори з LED-підсвічуванням використовують ШІМ для досягнення різного рівня яскравості, і навіть при підсвічуванні, яке мерехтить у тисячах Герц , світлодіоди, здається, реагують практично миттєво (на відміну від CFL, які досить повільно працюють на мотоциклі).

Щоб вирішити питання, спершу слід розрізняти люмінофори люмінофора ^(№1) (наприклад, білі світлодіоди, можливо, зелені світлодіоди) та світлодіоди прямого випромінювання (наприклад, найбільш видимі кольорові світлодіодні, ІЧ та УФ світлодіоди).

Світлодіоди прямого випромінювання зазвичай мають час увімкнення в одноцифрових наносекундах , довше для великих світлодіодів. Turn- викл раз для них в десятки наносекунд , трохи повільніше , ніж включенні. ІЧ-світлодіоди, як правило, показують найшвидший час переходу з наперед обумовлених причин.

Доступні світлодіодні індикатори спеціального призначення, геометрії з'єднання та з'єднання проводів розроблені спеціально для того, щоб дозволяти від 800 пікосекунд до 2 наносекундних імпульсів . Для ще коротших імпульсів лазерні діоди спеціального призначення, багато в чому оперативні, подібні до світлодіодів, працюють аж до 50 пікосекундних імпульсів.

Як вказує @ConnorWolf у коментарях, також існує сімейство світлодіодних виробів зі спеціалізованим оптичним формуванням променів , які можуть похвалитися шириною імпульсу від 500 до 1000 пікосекунд .

Світлодіоди типу люмінофора мають час увімкнення та вимкнення в десятках до сотень наносекунд , помітно повільніше, ніж світлодіоди прямого випромінювання.

Домінуючими факторами для швидкого перемикання світлодіодів є не лише властиві світлодіодні періоди переходу випромінювання:

• Індуктивність слідів спричиняє більш тривалий час підйому та падіння. Більш довгі сліди = повільніші переходи.
• Сполучна ємність самого світлодіода є фактором ^(№2) . Наприклад, ці 5-мм світлодіодні наскрізні отвори мають перехідну ємність 50 пф. Менші з'єднання, наприклад 0602 SMD світлодіоди, мають відповідно нижню ємність з'єднання, і, в будь-якому випадку, більше шансів використовувати для підсвічування екрана.
• Паразитна ємність (сліди та схеми підтримки) відіграє важливу роль у збільшенні постійної часу RC і, таким чином, уповільнення переходів.
• Типові светодиодные топології, наприклад, низькобічна комутація MOSFET, не тягнуть активно напругу через світлодіод при зниженні , отже, час вимкнення зазвичай повільніше, ніж включення.
• В результаті вищевказаних індуктивних та ємнісних факторів, чим вище напруга світлодіода вперед , тим довші часи підйому та падіння, через те, що джерело живлення потрібно пересувати струм сильніше, щоб подолати ці фактори. Таким чином, ІЧ-світлодіоди, як правило, мають найнижчі напруги вперед, переходять найшвидше.

Таким чином, на практиці граничні постійні часу для реалізованої конструкції можуть становити сотні наносекунд . Багато в чому це пов'язано із зовнішніми чинниками, тобто ланцюгом руху. Контрастуйте це зі значно меншими часовими переходами світлодіодного переходу.

Щоб отримати вказівку на домінування конструкції приводних ланцюгів на відміну від самих світлодіодів, дивіться цей останній уряд США RFI (квітень 2013 р.), Шукаючи конструкції схем, які можуть гарантувати час перемикання світлодіодів у діапазоні 20 наносекунд .

Примітки :

№1: Світлодіод типу люмінофора має нижній світловий випромінюючий промінь, як правило, в дальньому синьому або ультрафіолетовому діапазоні, який потім збуджує фосфорне покриття. Результат - це комбінація декількох довжин хвиль, тобто більш широкий спектр довжин хвиль, ніж світлодіод прямого випромінювання, що сприймається як приблизно білий (для білих світлодіодів).

Цей вторинний викид фосфору вмикається або вимикається набагато повільніше, ніж перехідний перехід. Крім того, при відключенні більшість люмінофорів мають довгий хвіст, який перекидає час вимкнення далі.

№ 2: Геометрія стику значно впливає на ємність з'єднання. Отже, подібні кроки вживаються для виготовлення світлодіодів, спеціально розроблених для високошвидкісної сигналізації в діапазоні МГц, як це застосовується для проектування діодів високої частоти комутації. На ємність впливає товщина шару виснаження, а також площа стику. Вибір матеріалу (GaAsP v / s GaP тощо) також впливає на рухливість несучої на стику, тим самим змінюючи "час перемикання".

Те, що ви, напевно, шукаєте, - це час випромінювальної рекомбінації: час, який, як правило, вимагає, щоб дірка і електрон рекомбінували, роблячи це, випромінюючи фотон, що є стохастичним процесом і, отже, може зайняти будь-яку кількість часу. З точки зору інженера, вам доведеться додати до цього скільки завгодно часу, щоб створити дірки та електрони з потрібною швидкістю, в першу чергу, після подолання електричних ефектів, таких як опір, індуктивність та потужність, включаючи світлодіодні, його упаковки та вашої схеми руху.

Маючи лише цю інформацію, ви все ще можете подолати той факт, що загальний час рекомбінації в цілому і час випромінювальної рекомбінації, зокрема, сильно різняться в напівпровідниках, найбільш істотно між тими, що мають непрямий проміжок (наприклад, кремній, що робить дуже неефективними світлодіоди, наприклад, кремній ) та ті, що мають прямий проміжок (який зазвичай використовується для світлодіодів). Також пам’ятайте про залежність від довжини хвилі.

Хоча у мене немає готових цифр, порядок величини для оптоелектроніки повинен бути наносекундами. Коли оптимізовано використовувати як лазер, який в основному є світлодіодним внутрішнім дзеркалом, оптимізованим для оптичного зворотного зв’язку, час рекомбінації або час життя верхнього стану, як правило, становить декілька наносекунд згідно Енциклопедії RP Photonics . Я гадаю, що звичайні світлодіоди не перевищуватимуть цього значення, але також, можливо, якщо спеціально не оптимізовано, не буде набагато швидшим.