Dennis P. Büch. os/led_throwies.jpg

Transkript

1 Dennis P. Büch os/led_throwies.jpg

2 Kurzer historischer Hintergrund Funktionsweise Aufbau Bauformen Dennis- P. Büch 1

3 Kurzer historischer Hintergrund Funktionsweise Aufbau Bauformen Dennis- P. Büch 1

4 Historie Entdeckung, dass anorganische Stoffe unter Einfluss angelegter elektrischer Spannung leuchten können Entdeckung der Lichtemission an Zinksulfid - Elektrolumineszenz Fortschritt in der Halbleiterphysik (Transistor). Lichtemission kann nun erklärt werden erste LED im sichtbaren Wellenlängenbereich (rot), Geburtsstunde der industriell gefertigten LED Dennis- P. Büch 2

5 Historie neue Halbleitermaterialien LED in neuen Farben: Grün, Orange, Gelb. Leistung und Effektivität der LED verbessert sich kontinuierlich erste hell strahlende blaue LED erste LED mit weißem Licht wird vorgestellt 2 Jahre später auf Markt 2006 LEDs mit 100 Lumen /Watt entstehen. Effizienz kann nur noch von Gasentladungslampen übertrumpft werden Dennis- P. Büch 3

6 Historie LED mit gigantischen Lichtausbeute von 250 Lumen pro Watt werden bereits unter Laborbedingungen entwickelt. Der Fortschritt schreitet immer weiter voran. Heute gilt die Weiterentwicklung zu OLED als Zukunftstechnologie To be continued Dennis- P. Büch 4

7 Kurzer historischer Hintergrund Funktionsweise Aufbau Bauformen Dennis- P. Büch 5

8 Funktionsweise In Sperrrichtung leiten sie wie herkömmliche Dioden den Strom nicht LEDs sind Halbleiterdioden, die in Durchlassrichtung Licht emittieren Dennis- P. Büch 6

9 Funktionsweise Sperrrichtung Ohne angelegte Spannung angelegte negative Spannung Dennis- P. Büch 7

10 Funktionsweise Durchlassrichtung Ohne angelegte Spannung angelegte positive Spannung Dennis- P. Büch 8

11 Funktionsweise Emission des Lichts Bändermodell einer im thermischen Gleichgewicht befindlichen Diode Quelle: Skript zu Praktikum Grundlagen und Bauelemente, TU Berlin 2012 Dennis- P. Büch 9

12 Funktionsweise Emission des Lichtes Angelegte positive Spannung: Elektronen fließen ins p-gebiet Es rekombinieren Elektronen aus dem Leitungsband mit Löchern des Valenzbandes Bei LEDs handelt es sich um eine strahlende Rekombination Dennis- P. Büch 10

13 Quelle: Skript zu Praktikum Grundlagen und Bauelemente, TU Berlin 2012 Funktionsweise Strahlende Rekombination Rekombination bei der die Strahlungsenergie W= hν freigesetzt wird Es entsteht also ein Photon mit einer bestimmten Wellenlänge Dennis- P. Büch 11

14 Funktionsweise strahlende Rekombination in Siliziumdioden sehr unwahrscheinlich Wellenlänge der Photonen liegt im Infrarotbereich Wellenlänge ist vom Halbleitermaterial und der Dotierung abhängig LEDs: Galliumverbindung als III-V- Verbindungshalbleiter Dennis- P. Büch 12

15 Funktionsweise Wellenlänge ist proportional zur Dicke der verbotenen Zone des pn- Übergangs Da diese Zone in den Abmessungen konstant ist, ist auch die Wellenlänge konstant (immer gleiche Farbe) Dennis- P. Büch 13

16 Kurzer historischer Hintergrund Funktionsweise Aufbau Bauformen Dennis- P. Büch 14

17 Prinzipieller Aufbau Aufbau am Beispiel einer bedrahteten LED Dennis- P. Büch 15

18 istall_aufbau.jpg Prinzipieller Aufbau Halbleiterkristall liegt in Reflektorwanne Schichten dünn für wenig Verluste Dennis- P. Büch 16

19 manual_grafx/led-anode-scheme.jpg Spezieller Aufbau Bedrahtete LED Kathode (-): Flache Seite an der Linse Kürzere Beinchen Dennis- P. Büch 17

20 Kurzer historischer Hintergrund Funktionsweise Aufbau Bauformen Dennis- P. Büch 18

21 Bauformen Bedrahtete LEDs Verschiedene_LEDs.jpg Werden auf der Rückseite der Platine verlötet Dennis- P. Büch 19

22 Bauformen Superflux (Spider) LEDs Verbesserte Version der bedrahteten LED großer Abstrahlwinkel, Licht flächenförmiger vier Kontaktfüße (Pins) ermöglichen bessere Wärmeableitung können getrennt angesteuert werden Spider LEDs enthalten bis zu 4 Halbleiterkristalle (Chips) Dennis- P. Büch 20

23 Bauformen SMD (Surface Mounted Device) LEDs RGB LED Bauform: PLCC6 Dennis- P. Büch 21

24 Bauformen COB (Chip on Board) LEDs Halbleiterchips werden direkt auf der Platine kontaktiert Nacktchipmontage hohe Chipdichten möglich enorme Intensität bei gleichmäßigem Leuchtfeld Wärmeableitung hervorragend zu den COB LEDs gehören fast alle Power LED Varianten Dennis- P. Büch micro-led_schematischer_aufbau.jpg 22

25 Quellen Skript zu: Praktikum Grundlagen und Bauelemente, TU Berlin, 2012/2013 Dennis- P. Büch 23