referat: licht emittierende dioden - wirkprinzip, aufbau...

29. April 2010

EinleitungPrinzipielles Wirkprinzip

Bauformen und BetriebscharakteristikaQuellen und Schluss

Referat: Licht Emittierende Dioden

Wirkprinzip, Aufbau und Schaltungsintegration

Pablo Korth Pereira Ferraz

TU-Berlin

Projektlabor

29. April 2010

Pablo Korth Pereira Ferraz Referat: LED 1 / 19

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Gliederung

Gliederung

1 EinleitungGliederung

2 Prinzipielles WirkprinzipBändermodell und RekombinationFarben und CIE-NormtafelKennlinienfeld

3 Bauformen und BetriebscharakteristikaBauformenBesondere BauformenSchaltungsintegration

4 Quellen und Schluss


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Bändermodell und RekombinationFarben und CIEKennlinienfeld

Gliederung






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Prinzipielles WirkprinzipPN-Übergang und Bändermodell

in Flussrichtung geschalteterPN-Übergang

Elektronen/Loch-Paare könnenrekombinieren

Direkt: Elektronenimpuls alsPhoton abgegeben

Indirekt: Elektronenimpuls alsGitterschwingung(Phonon)

Wellenlänge bestimmt durchBandlücke (hν = WL −WV)

Abbildung: Bandübergänge


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Prinzipielles WirkprinzipPN-Übergang und Bändermodell

Vorraussetzugen

⇒ LED benötigen direkte Halbleiter

Wegen hν = WL −WV fast monochromatisch

Bandlücke abhängig vom Material, bzw. Materialverhältnis

Silizumdioden ungeeignetmeist III-V-Dioden; üblicherweise

Galliumarsenid (GaAs � aber nur infrarot)Galliumphosphid ( GaP � rot)Galliumnitrid (GaN � blau, grün → Ampeln)


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LED FarbspektrumDie CIE-Normtafel

Abbildung: CIE-Normtafel

Licht einer einzelnen LED fastmonochromatischKlassi�zierung durch die�CIE-Normtafel�

Zusammenhang zwischenphysikalischen Ursachen undsubjektiver Wahrnehmungsämtliche additive Farben und weiÿ(→ Weiÿpunkt W) ablesbarcharakteristische Linien und Formenu.a. für schwarze Strahler oderKomplementärfarben


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LED FarbspektrumDie CIE-Normtafel

Abbildung: LED auf CIE-Normtafel

nur wenige, diskrete Farbwerte durcheinzelne LED möglich

bisher kein verwendbares Material fürGelb-Grün-Zwischenraum

Fragestellung

Wie lassen sich andere Farben und vorrangig weiÿ erzeugen?


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Kennlinienfeld

LED im PrinzipPN-Übergang

folglich: Ähnlickeit zurShockley-Diode (I ∝ e

U

kT )

Flussspannung abhängigvon der Bandlücke

Abbildung: Kennlinienfeld


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BauformenBesondere BauformenSchaltungsintegration

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Bauformen

Abbildung:Schaltzeichen

Abbildung:BedrahteteLED

Abbildung:SMD-RGB-LED


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Besondere BauformenRGB-LED

RGB-LED können Rot, Grün und Blau leuchten

durch additive Farbmischung weitere Farben

theoretisch alle Farben und weiÿ möglich

Steuerungselektronik zuständig für die jeweiligenAnteile


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Besondere BauformenWeiÿe LED

Neben RGB-LED weitere Methode, um weiÿesLicht zu generieren

Kombination aus �uoreszierendem Farbsto� undUV-, bzw. blauer LED

Additive Mischung ergibt (kalt-)weiÿ

Abbildung: Weiÿes Licht durch Fluoreszenz


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SchaltungsintegrationSpannungsbereich und Strombegrenzung

Wegen I ∝ eU

kT emp�ndlch gegenüber ∆U

P = I 2 · R ⇒ Gefahr hoher Wärmeentwicklung

Wichtig

Es muss unbedingt darauf geachtet werden, dass Strom undSpannung begrenzt werden!!!

⇒ Vorwiderstand, bzw. Konstantstromquelle


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SchaltungsintegrationVorwiderstand und Arbeitsgerade

U0 einer Gleichspannungsquelle (→ Gleichrichter)

In und Ud der Diode

folgt: Rvor = U0−UdIn

Arbeitsgerade

Mit der Kenntnis des Vorwiderstands lässt sich die Arbeitsgeradebestimmen.

1. Kurzschlussstrom Imax|Ud=0 = U0R

2. Lerlaufspannung U0|In=0


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SchaltungsintegrationKonstantsromquelle durch JFET

Problem des Vorwiderstands:versorgungsspannungsabhängig

⇒ Konstantspannungsquelle durch JFET

Abschätzung: R1 ≈ UGSID

nurnoch von JFET-Werten abhängig(Datenblatt)

Schaltung anstelle des Vorwiderstands

R1

NJF

1

2

Abbildung:JFET-Schaltung


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QuellenTextquellen

Dr. Boit, Christian, Vorlesungs-/ÜbungsfolienHalbleiterbauelemente, Wintersemester 2009/10,

Fachbereich Halbleitersystemtechnologien, Laborskript -Praktikum: Grundlagen und Bauelemente, Winersemester2009/10

http://de.wikipedia.org/wiki/Led, Aufrufdatum: 25. April 2010

http://www.led-info.de/grundlagen/leuchtdioden.html,Aufrufdatum: 25. April 2010

http://de.wikipedia.org/wiki/CIE-Normvalenzsystem,Aufrufdatum: 26. April 2010


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QuellenBildquellen

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0f/Bandmodellkrp.png, Aufrufdatum: 26.

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http://upload.wikimedia.org/wikipedia/de/4/49/CIE-Normfarbtafel.png, Aufrufdatum: 27. April

2010

http://www.led-info.de/uploads/pics/led_cie_01.gif, Aufrufdatum: 27. April 2010

http://www.nullohm.de/berichte/gifs/led_kennlinie.jpg, Aufrufdatum: 26. April 2010

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/

d/d6/Symbol_LED.svg/106px-Symbol_LED.svg.png, Aufrufdatum: 25. April 2010

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/9c/Leds.jpg, Aufrufdatum: 25. April 2010

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/de/a/a9/RGB-SMD-LED.jpg, Aufrufdatum: 26. April

2010

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/98/LED_Halogen.jpg, Aufrufdatum: 28.

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http://upload.wikimedia.org/wikipedia/de/thumb/

6/65/LED_weiss_phosphor2.svg/800px-LED_weiss_phosphor2.svg.png, Aufrufdatum: 28. April2010


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Schluss

Vielen Dank für eure Aufmerksamkeit!

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