LED. Licht- und Displaytechnik. Lichtquellen Teil 2. Karl Manz Karsten Klinger. Forschungs Universität Karlsruhe (TH)

Transkript

1 Licht- und Displaytechnik Lichtquellen Teil 2 LED Karl Manz Karsten Klinger

2 Leuchtdioden Donator Acceptor - + Metallic Contact Electrons Depletion zone Substrate Holes Electrons recombine with holes Some of these recombinations emit light. + -

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4 Leistungsdaten neuerer UV LED Anmerkung: Die Strahlungsleistung lässt sich bei einigen UV LEDs nicht beliebig mit dem Strom steigern!

5 Leuchtdioden Vorteile: Geringe Größe der Lichtquelle Hohe Stossfestigkeit Lange Lebensdauer Hoher Wirkungsgrad der Lichterzeugung Hoher Wirkungsgrad des Gesamtsystems für Signallichter Kurze Ansprechzeiten Modern, neueste Technologie Keine (UV-) oder IR-Strahlung Nachteile: Temperaturabhängigkeit des Lichtstromes Temperaturabhängigkeit der Farbe Konzentrierte Wärmeabgabe Hoher Preis Mit zunehmender Temperatur nimmt der Lichtstrom ab

6 100 Fluorescent Lamp Shaped AlGaInP /GaP RED -ORANGE- YELLOW Best Device AlGaInP/ GaP RED -ORANGE - YELLOW efficiency (lumen / Watt) GaAsP RED Unfiltered Incandescent Lamp Yellow Filtered Red Filtered GaP:Zn,O RED GaAs 0.6 P0.4 RED GaAsP:N RED -ORANGE - GaP :N GREEN YELLOW AlGaAs /GaAs RED AlGaInP/ GaAs RED -ORANGE- YELLOW AlGaAs /AlGaAs ~10x Increase / Decade GREEN RED SiC BLUE InGaN BLUE

7 Was macht die LED jetzt so interessant? 300 efficiency [lumen / Watt] 150 HID 100 White LED 50 Halogen

8 Quelle

9 Verfügbare Farben LEDs sind keine spektral schmalen Linienstrahler Verschiedene Farben erfordern verschiedene Halbleitermaterialien Es wird nicht der gesamte Spektralfarbenzug abgedeckt

10 Dominante Wellenlänge Vorteil: Beschreibt die Farbe einer LED mit einem Wert Nachteil: Keine exakte Beschreibung des tatsächlichen Farbortes x Relative Strahldichte λ

11 Quelle OSRAM Opto Semiconductors

12 Temperaturabhängigkeit verschiedener Farben Reversibler Prozess Typischer Temperaturgang für LED

13 Temperaturabhängigkeit LEDs (GaP, AlGaAs, AlInGaP) Wellenlänge (nm) Temperatur ( C) 0,50 0,40 0,30 0,20 0, Temperatur ( C Temperatur ( C) 3,55 3,50 3,45 3,40 3,35 3, Temperatur ( C

14 Problem Entwärmung:

15 Problem Entwärmung:

16 Entwärmungsanforderungen Alu (237 W/mK) Eisen (80 W/mK)

17 Degradation (irreversibler Prozess)

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19 Problem der Verteilung verschiedener LED Parameter in der Produktion Sortierte Produktgruppe bin

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21 Zwei Farben Weiß Blau und Leuchtstoff RGB - Spektrum

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23 Normfarbtafel für 2 -Beobachter nach DIN 5033 mit Farbtoleranzfeldern ECE-R 99 für Gasentladungs-Kfz-Lampen 0,500 0,450 Spektralfarbenzug Planckscher Kurvenzug und Tageslichtphasen y ,400 0,350 0, ,250 0,250 0,300 0,350 0,400 0,450 0,500 x Toleranzfeld für weiße Lampen gemäß Vorschlag Landes, analog Draft XY für ECE CIE DS 004,4/E-1998 für Weiß, Class B, CIE 2.2 Toleranzfeld Weiß gemäß ECE-R 99 Weiss gemäß ECE-R 99 für D1S, D2S und D2R

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26 LED: Klassische Form

27 Vorteile hoher Wirkungsgrad grosse Kühlfläche Aufbau einer LED Nachteile Kühlfläche nicht elektrisch isoliert Nur zwei Ausstrahlcharakteristiken verfügbar Luxeon Emitter

28 Aufbau einer LED Vorteile hoher Wirkungsgrad grosse Kühlfläche Nachteile Kühlfläche nicht elektrisch isoliert Nur zwei Ausstrahlcharakteristiken verfügbar Luxeon Emitter

29 Verschiedene Gehäusebauformen

30 Neuere Entwicklungen Relativer Leuchtdichtebezug Kontaktierung auf der Rückseite

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33 Trend: High power LED lumen / LED Standard LED

34 High Power LED White Luminous Intensity versus Time: 120 Relative Light Output (%) Time (hrs)

35 Thermisches Verhalten von Power LED Luminous Intensity versus Temperature (typical): 120% Normalized Flux (lm) 100% 80% 60% 40% 20% White Red / Amber 0% Junction Temperature (C)

36 Thermisches Verhalten von Power LED Colour Drift Versus Temperature: CIE1931 Diagram 0,400 y 0,350 ECE-White Chromaticity coordinate (T=85 C) 0,300 Chromaticity coordinate (T=25 C) Chromaticity coordinate (T=-40 C) 0,250 0,280 0,330 0,380 x 0,430 0,480

37 Übersicht der Wirkungsgrade lm / W

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