LED svetlece diode
May 9, 2018 | Author: bokyvasic | Category: N/A
Short Description
Download LED svetlece diode...
Description
U N I V EV U V E R Z I T T E T U I I ST OČ N O M S A R A J U
SAOBRAĆAJNI FAKULTET DOBOJ
VASIĆ BOŠKO
LED – SVJETLEĆE DIODE DIPLOMSKI RAD
DO BO J , 2 200 9 . g g o d i n ne
SAOBRAĆAJNI FAKULTET - DOBOJ ODSJEK: TEHNIČKI SMJER: ELEKTRONIKA I AUTOMATIKA
LED – SVJETLEĆE DIODE
DIPLOMSK I R AD
K ANDID AT: Bošk o Vasić BROJ INDEK S A:10/06
MENTOR: Dr Ferid Sof t ti ć
DOB O J , 2009 . g god i in e
15. BUDUĆNOST LED – OLED .......................................................................................... 39 16. ZAKLJUČAK .................................................................................................................. 40 17. LITERATURA ................................................................................................................. 41
E lek t tr r o nik a
LE LLE D ( Li L D Light -E mit t ti ng Di Diod e)
4 . E L E K T Č N A SV O J ST V T R I Č V A L L E D 4 .1 . S t r ru j n n o- n a p o n s k a kk a r a k te ri s s ti k k a i rr a d n a t a t ač k a Na j j jednostavni j ji stru jni krug sasto ji se od istosm jernog izvora s naponom Vs, otpora R i LED diode. Stru ju ju kruga i= ID odreñu ju ju ori je j jentaci ja j ja elemenata kruga i iznosi n ji jihovih parametara. Par vri j jednosti (VD, ID) jje u jedno tačka karakteristike diode i naziva se radna tačka. Stru jno naponska karakteristika diode sa p-n spo jom prvenstveno je jje opisana Shockley-evom relaci jo j jom ko ja ja je jje opisivala I-V krivul j ju.
Za uslove direktno polarisane LED stru ja kada jje V se napisati:
≫
kT Shockley-eva jjednačina može
Eksponenci ja j jalna f unkci ja j ja nam ja jjasno pokazu je je da kada napon pri je j jeñe napon praga, dolazi do naglog porasta stru je kroz diodu, što se vidi i na stru jno-naponsko j karakteristici na slici . 4 3 ) A m ( D
I
2 I D O
1 0 -1
V D O
-4
-2
0 V D (V )
2
4
Ako je jje Vs = V f + R ⋅ I , na propusno polarisano j LED, vri je j jedi uprošćena relaci ja j ja: V n ⋅V t
I = I s ⋅ e . Koordinate radne tačke se iz ovih jjednačina mogu naći raznim metodama, a u graf ičko j se se radna tačka nalazi u pres je jecištu ova dva graf a Q = (Vd , I d ) .
10
V asić Bo B Boš k ko
Di D p Di pl plomsk i r ad
U uslovima ravnoteže kontaktni potenci j jal iznosi:
Pošto ova j napon zavisi od koncentraci je j je dopiranih supstanci ko je je mogu da budu zanemarene kontaktni potenci j jal se uglavnom iz jednačava sa količnikom energentskog proc jepa E i količine naelektrisan ja, t j j. sa naponom praga: Vc ≈ g ≈ V th e Na sledećo j slici prikazano je jje više stru jn jno-naponskih karakteristika za različite poluprovodničke materi j jale kao i n jihove veličine energetskog proc jepa. I sa graf ika vidimo da veličine napona praga i veličine energetskog proc jepa za date materi j jale približno odgovara ju.
Zavisnost veličine direktno polarisanog napona sa stru jo jom kroz LED od 20 mA, u zavisnosti od veličine energetskog proc jepa, kod LED ko je emitu je sv jetlost od inf racrvene preko vidl ji j jive do UV sv je jetlosti je jje data na graf iku.
11
E lek t tr r o nik a
LE LLE D ( Li L D Light -E mit t ti ng Di Diod e)
4 . 2 2 . P ri m m je r ss t r ru j n n o- n a p o n s ke kk a r a k te ri s s ti k ke pp o m oć u M M a tl a b- a Pomoću programskog paketa Matlab daćemo izgled stru jno-naponske karakteristike za GaP crvenu LED diodu či j ji jje napon praga 1.6 V i max. dozvol j jena stru ja 50 mA kao i emisioni koef ici j jent n=0.37 uz pretpostavku da se radi o temperaturi od 27 C .
Realna stru jn jno-naponska karakteristika pomenute LED jje prikazana na slici desno, dok jje stru jn jno-naponska karakteristika iste, dobi je j jena pomoću matlaba prikazana ispod.
12
V asić Bo B Boš k ko
Di D p Di pl plomsk i r ad
Na di ja j jagramima je jje prikazana vri je j jednost energetskog proc je jepa GaN, GaP, GaAs, InP, Si i Ge u f unkci j ji temperature. Kako se sa porastom temperature generalno sman ju je veličina energetskog proc jepa, tada α ⋅ T 2 je to dato sa V ar shni j jevom f f or mulom: Eg = Eg ( 0 K ) − , gd je su α i β , podešeni parametri, T + obično se naziva ju V ar shni je j jevi pa ppar amet r ri .
U tablici su prikazani V ar shni- jevi parametri za češće korištene materi j jale.
15
E lek t tr r o nik a
LE LLE D ( Li L D Light -E mit t ti ng Di Diod e)
4 . 5 5 . P ri m m je r u ti c c a j a a tte m pe r a tu re nn a vel ič i n nu e ne r ge t s s k o g pp r o c je p a Izračuna jmo energetski proc jep kod GaAs na temperaturi od 300K preko Varshi j jeve relaci j je. Za GaAs imamo sledeće parametre:
] α = 5.41⋅10−4 [ eV / K β = 204[ K ]
Eg ( 0 K ) = 1.519 [eV ] Iz Eg = Eg ( 0 K ) −
α ⋅ T 2
imamo: T + 5.41 ⋅10 −4 ⋅ 300 2 E g = 1.519 − = 1.424 eV , što vidimo da je jje tačno sa di ja j jagrama na slici 14. 300 + 204
Na sledećem di j jagramu vidimo stru jno-naponsku karakteristiku kod GaPAs / GaAs LED na temperaturi od 77K i 295K.
Možemo lako prim jetiti da jje došlo do pada napona praga sa 2 V na 1.6 V, usli j jed rasta temperature sa 77K na 295K.
16
E lek t tr r o nik a
LE LLE D ( Li L D Light -E mit t ti ng Di Diod e)
5 . 2 2 . A n al i z z a oo p tič ki h h pp a r a me t a a r a L L E D Razmotrimo LED sa naponom praga od Vth = E g / e = 2.0 V , sa unutrašn jom otpornošću od Rs = 20 Ω , tako da jje stru jno-naponska karakteristika data sa V = Vth + I ⋅ Rs . Kada radi na stru ji od 20 mA emitu je snagu od 4 mW. Odrediti unutrašn ju ef ikasnost, spol j jašn ju ef ikasnost i ef ikasnost snage, ako jje koef ici j jent emitovan ja 50%. Napon napa jan ja dat jje sa: V = Vth + I ⋅ Rs = 2 + 0.02 ⋅ 20 = 2 + 0.4 = 2.4 V .
Snaga prikl ju j jučena na LED je jje: I ⋅ V = 0.02 ⋅ 2.4 = 48 mW . Odavde već imamo da jje ef ikasnost snage: η power =
P 4 mW = = 8.3% . I ⋅V 48 mW
Iz Vth = E g / e , imamo da je jje Eg = Vth ⋅ e = 2 ⋅1.6022 ⋅10−19 = 3.2 ⋅10−19 eV . A pošt o je jje E g ≈ hν , i energi j ja f otona jje jjednaka. Odavde imamo da nam jje unutrašn ja ef ikasnost: Pint / ( hν ) 0.004 / 3.2 ⋅10−19 1.25 ⋅10−16 η int = = = = 0.1 I / e 0.02 / 1.6022 ⋅10−19 1.25 ⋅10−17
Spol j jašn ja ef ikasnost odavde jje: ηext = ηint ⋅η extraction = 0.1⋅ 0.5 = 5%
Slik a 18. Pr ik a z za zzavisnost i emit ovane snage od s d st r je k r LLE D ru je ro z LE
18
V asić Bo B Boš k ko
Di D p Di pl plomsk i r ad
Vidimo da stru ja ja ja jjako raste sa malom prom je jenom napona što i je jjeste karakteristično za diode, to nam govori i stru jno-naponska karakteristika crvene LED na slici 32. Kada se radi o ovakvo j zavisnosti stru je od napona teško da sa nekim izvorom možemo održavati stru ju kroz LED na stabilno j vri je j jednosti. Naime mi stru ju ju kroz LED moramo ograničiti. To se postiže ubacivan jem otpornika u seri j ju sa LED.
Slik a 33. V e zi zivan je je cr vene LE LLE D u k olu.
Ovd je na slici 33 jje prikazano kako se ispravno veže crvena LED u kolo sa otpornikom či ja j ja je jje vri je j jednost proračunata za ova j tip LED i napon napa jan ja, a na slici 34 prikazani su detal jn j jni podaci vezani za napon napa jan ja, stru ju kroz diodu, vri j jednost redne otpornosti, snagu disipaci j je LED diode i otpornika...
Slik a 34. De D j jni po ppod aci ve za zani za zza cr venu LE LLE D Det al jn
25
V asić Bo B Boš k ko
Di D p Di pl plomsk i r ad
Slik a 40. I I zg zgled R d RG R B- LE LE D RG B-
Slik a 39. K ombinovani s pe pek t ta r R r RG R RG B sist ema
Napomenimo jo jjoš da RGB-LED ima ju ju četiri prikl ju j jučka na ti je j jelu t j. j j. tri anode i katodu. Bi j jela LED može se dobiti na dva načina: Upotrebom RGB-LED ko je mi j ješan jem osnovnih bo ja stvara ju bi j jelu Korišten jem f osf ornog materi j jala ko ji konvertu je monohromatsku sv jetlost plave ili UV LED, što je jje slično načinu rada f luorescentnih si ja j jalica.
9 . T A B E L A S A S P EC I F I K AC I J A M A Z Z A L L E D Proizvoñački katalog obično sadrži tabelu sa tehničkim podacima za proizvod ko ji recimo mogu da budu LED. Ovakve tabele mogu biti teško razuml ji j jive ako nismo upoznati sa nazivima ko ji se upotrebl j java ju. Ova tabela pokazu je je tehničke podatke za LED sa pres je jekom od 5 mm i plastičnim ti j jelom. Posebnu pažn ju treba obratiti na tri kolone ko je su boldovane. One nam govore o ko jo j bo ji ji LED se radi, kolika je jje dozvol je j jena stru ja ja kroz LED i napon praga te LED.
Slik a 41. T ablica sa t ehnič k ppod acima za zza 5mm LE LLE D ki m po
27
V asić Bo B Boš k ko
Di D p Di pl plomsk i r ad
11 . L E D K A ŠT K U UĆ Ć I Sve LED se paku ju u kućišta ko ja im ju dvostruku nam jenu, obezb jeñu ju ef ikasni j je emitovan je sv jetlosti sa čipa, t j j. služi kao optika i u jedno služe kao hladn jaci za termičko rasipan je je toplote. Materi ja j jal ko ji jim se oblaže čip podrazum je jeva optičku providnost, velik indeks loma, visoku temperaturnu stabilnost i hermetičnost. Visok indeks loma pobol j jšava ef ikasnost sv jetlosne emisi j je sa čipa LED. Plastična kućišta obično ima ju indeks loma od 1.5 do 1.8.
Slik a 44. Ra R zlič it e vr st e LE LLE D k ućiš t ta Ra zl
Sa slike vidimo da kućišta u ko je se paku ju LED mogu da budu različitih oblika, ali na jčešće se koriste hemisf ernog, cilindričnog i pravougaonog oblika, zavisno od nam jene. Napredni j ja kućišta danas nude visoke indekse lome n > 2 , i na sledećem di j jagramu prikazana je jje zavisnost ef ikasnosti sv je jetlosne emisi je j je od vri je j jednosti indeksa loma.
29
V asić Bo B Boš k ko
Di D p Di pl plomsk i r ad
17 . L I T T E R AT U U R A Sof tić F. Elek trotehničk i materi ja j jaluk a, 2005 jali i k omponente, ETF Ban ja Milatović D. Optoelek tronik a, OOUR Zavod za udžbenik e i nastavna sredstava, Sara jevo, 1987 3) Opačić R. Elek tronik a I, Zavod za udžbenik e i nastavna sredstva, Beograd, 2002 4) Schubert E.F. Light-Emitting Diodes, Rensselaer Polytechnic Institute, New York , 2006 5) Malvin C.T. Fundamentals of Photonics, Department of Electrical Engineering, New York , 1991 6) David N. Liu. Introduction to Flat Panel Displays, Industrial Technology Research Institute, Taywan, 2008 7) http: / / / en.wik ipedia.org / wik i / / Light-emitting_diode 8) http: / je ja / / www.poliderma.hr / tehnologi j je / led_tehnologi j ja 9) http: / / / www.prggin.hr / led / 10) http: / / / www.ledtuning.nl / / index_site.php?Name=ledtechnical_EN 11) http: / / / f fa ncy.hr 12) http: / / / www.k psec.f reeuk .com / components / led.htm 1) 2)
41
View more...
Comments