Какова задержка светодиода?

Известно, что светодиоды имеют очень низкую, незаметную задержку включения / выключения, но насколько они быстры при измерении? (наносекунды?)

Другими словами, сколько времени требуется светодиоду, который полностью выключен, чтобы достичь оптимальной яркости, и сколько времени требуется, чтобы перейти от полной яркости к выключенной? Я предполагаю, что применяемый ток имеет значение?

Я спрашиваю об этом, поскольку современные мониторы со светодиодной подсветкой используют ШИМ для достижения различных уровней яркости, и даже при подсветке, которая мигает с частотой в тысячи герц , светодиоды, кажется, реагируют почти мгновенно (в отличие от КЛЛ, которые довольно медленны в цикле включения питания).

Чтобы ответить на этот вопрос, сначала необходимо провести различие между люминофорными светодиодами ^{(# 1)} (например, белыми светодиодами, возможно, некоторыми зелеными светодиодами) и светодиодами прямого излучения (например, наиболее видимыми цветными светодиодами, инфракрасными и ультрафиолетовыми светодиодами).

Светодиоды с прямым излучением, как правило, имеют время включения в однозначных наносекундах , дольше для больших светодиодов. Turn- выкл раз для них в десятки наносекунд , немного медленнее , чем включении. Инфракрасные светодиоды обычно показывают самое быстрое время перехода по причинам, указанным выше.

Доступны светодиоды специального назначения, геометрия переходов и соединительных проводов которых специально разработана для обеспечения импульсов от 800 пикосекунд до 2 наносекунд . Для еще более коротких импульсов лазерные диоды специального назначения, во многих отношениях аналогичные светодиодам, работают вплоть до 50 пикосекундных импульсов.

Как отмечает @ConnorWolf в комментариях, существует также семейство светодиодных продуктов со специализированным формированием оптического луча , которые имеют длительность импульса от 500 до 1000 пикосекунд .

Светодиоды люминофорного типа имеют время включения и выключения от десятков до сотен наносекунд , что значительно меньше, чем у светодиодов с прямым излучением.

Доминирующими факторами для быстрого переключения светодиодов являются не только собственные времена перехода излучения светодиодов:

• Индуктивность следов приводит к увеличению времени нарастания и спада. Более длинные следы = медленные переходы.
• Емкость перехода самого светодиода является фактором ^{(# 2)} . Например, эти 5-миллиметровые сквозные светодиоды имеют емкость перехода 50 пФ. Меньшие переходы, например, светодиоды 0602 SMD имеют соответственно более низкую емкость перехода и в любом случае чаще используются для подсветки экрана.
• Паразитная емкость (трассы и опорная схема) играет важную роль в увеличении постоянной времени RC и, следовательно, в замедлении переходов.
• Типичные топологии управления светодиодами, например, переключение MOSFET на нижней стороне, при выключении активно не опускают напряжение на светодиодах , следовательно, время выключения обычно медленнее, чем включение.
• В результате вышеупомянутых индуктивных и емкостных факторов, чем выше прямое напряжение светодиода , тем больше время нарастания и спада из-за того, что источнику питания приходится управлять током сильнее, чтобы преодолеть эти факторы. Таким образом, ИК-светодиоды, как правило, с самым низким прямым напряжением, переходят быстрее всего.

Таким образом, на практике ограничивающие постоянные времени для реализованного проекта могут составлять сотни наносекунд . Во многом это связано с внешними факторами, т. Е. Схемой движения. Сравните это с гораздо более коротким временем перехода светодиодного перехода.

Чтобы получить представление о доминировании конструкции схемы управления по сравнению с самими светодиодами, посмотрите этот недавний RFI правительства США (апрель 2013 г.), в котором ищутся схемы, которые могут гарантировать время переключения светодиодов в диапазоне 20 наносекунд .

Примечания :

# 1: светодиод люминофорного типа имеет нижележащий светоизлучающий контакт, обычно в дальнем синем или ультрафиолетовом диапазоне, который затем возбуждает люминофорное покрытие. Результатом является комбинация нескольких излучаемых длин волн, следовательно, более широкий спектр длин волн, чем светодиод прямого излучения, который воспринимается как приблизительно белый (для белых светодиодов).

Это вторичное излучение люминофора включается или выключается гораздо медленнее, чем переходный переход. Кроме того, при выключении большинство люминофоров имеют длинный хвост, что дополнительно сокращает время выключения.

# 2: Геометрия перехода существенно влияет на емкость перехода. Следовательно, аналогичные шаги предпринимаются для изготовления светодиодов, специально предназначенных для высокоскоростной сигнализации в диапазоне МГц, которые используются для проектирования высокочастотных переключающих диодов. На емкость влияет толщина слоя обеднения, а также площадь соединения. Выбор материала (GaAsP v / s GaP и т. Д.) Также влияет на подвижность несущей на стыке, изменяя таким образом «время переключения».

Вероятно, вы ищете время излучательной рекомбинации: время, которое обычно требуется для дырки и электрона, чтобы рекомбинировать, испуская фотон, что является стохастическим процессом и, следовательно, может занять любое количество времени. С точки зрения инженера, вам придется добавить к этому любое время, необходимое для создания дырок и электронов с вашей желаемой скоростью, в первую очередь, после преодоления электрических эффектов, таких как сопротивление, индуктивность и емкость, включая влияние светодиода. упаковка и ваша схема вождения.

Имея только эту информацию, вы все равно можете опровергнуть тот факт, что общее время рекомбинации в целом и время радиационной рекомбинации в частности сильно различаются в полупроводниках, наиболее значительно между теми, которые имеют непрямую запрещенную зону (те, которые обычно делают очень неэффективные светодиоды, такие как кремний ) и те, которые имеют прямую запрещенную зону (которые обычно используются для светодиодов). Также следует помнить о зависимости от длины волны.

Хотя у меня нет готовых цифр, порядок оптоэлектроники должен составлять наносекунды. При оптимизации для использования в качестве лазера, который в основном представляет собой светодиод внутри зеркал, оптимизированных для оптической обратной связи, время рекомбинации или время жизни верхнего состояния обычно составляют несколько наносекунд в соответствии с энциклопедией RP Photonics . Я предполагаю, что обычные светодиоды не будут превышать это значение, но также, возможно, если не будут специально оптимизированы, также не будут намного быстрее.