Hvordan endres fargen på LED-lys over tid

Grunnen til at LED-fargeendringer

Når du ser at LED-lyset på brettet produserer en farge som endrer seg over tid, vet du hvordan det oppnås?

Partnere som har utført MCU-program eller FPGA-logikkprogrammering bør vite (det er mange artikler om PWM som også er spesifikt introdusert), det oppnås ved å justere lysstyrken til de tre fargene R, G og B på følgende måte. Ja, de individuelle endringene av lysene i hver farge (lysfrekvens) kombineres sammen i det fjerne, og det du ser er fargeendringen til et lys.

Lysstyrken til hver farge på R, G, B kontrolleres av PWM for å syntetisere forskjellige farger.

Også på oscilloskopet, når du ser bølgeformen til venstre i figuren under (den tykke heltrukne linjen) i tidsdomenet, vet du hvordan den er dannet? Faktisk oppnås det ved å syntetisere to bølgeformer med forskjellige frekvenser (etter FFT-analyse).

Er du opplyst så langt?

Når vi «bruker ett øye» til å se ting fra en fast vinkel, er mengden informasjon vi kan få tak i begrenset. Noen ganger er det vanskelig å intuitivt bedømme essensen, men hvis vi snur en vinkel, øker vi en dimensjon (åpner den andre). (Eye) for å se de samme tingene, kan du se flere lover og opprinnelse.

Hvis oscilloskopet er et øye til våre ingeniører, har vi faktisk et annet øye å åpne. For eksempel spektrumanalysatorer og logikkanalysatorer osv. Disse verktøyene kan hjelpe oss til å observere mer informasjon som er vanskelig å intuitivt trekke konklusjoner på et fast punkt eller et plan fra forskjellige vinkler og forskjellige dimensjoner, så bruk disse verktøyene godt. vi finner problemet raskere. Spesielt frekvensdomeneinformasjonen som tilsvarer tidsdomenet som brukes i vår sunne fornuft.

Det følgende animerte bildet viser visuelt at klassekomponentene til et firkantbølgesignal er svært kompliserte. Gjennom FFT-transformasjon kan vi dekomponere tidsdomenebølgeformen (varierer med tiden) i bildet ovenfor til utallige bølgeformer av forskjellige frekvenskomponenter.

Når det utvides, ser det slik ut:

Når du feilsøker analoge signaler, RF-signaler og til og med strøm og jording, er frekvensspekteret til signalet like viktig som bølgeformen i tidsdomenet. Derfor er det å se på frekvensspekteret en viktig ferdighet for våre elektroniske ingeniører. Hvis ikke, betyr det at han er en elendig ingeniør.

Mange ingeniører har aldri rørt en spektrumanalysator, og det er grunnen til at de synes spektrumanalysatoren er veldig mystisk.

Hvis du kan se med ett øye, tror du at ett øye er nok. Det spiller ingen rolle om du har det andre øyet eller ikke, så selv om du har et annet øye, gidder du ikke å lære deg å åpne det.

Spektrumanalysatorer pleide å være veldig dyre. Jeg husker at vi rundt 1997 måtte leie en spektrumanalysator i laboratoriet når vi feilsøkte RF-signalet. Det sies at HP-spektrumanalysatoren som ble brukt på den tiden solgte for mer enn en Mercedes-Benz luksusbil. Mercedes-Benz på den tiden var $200 000 i hodet til mange mennesker. . Hvis det ikke var nødvendig for prosjektet, ville ingen betalt for så dyrt utstyr.

Ved første øyekast må hver komponent i spektrumanalysatoren poleres av en gammel ingeniør med mange års erfaring. Kostnaden for komponentene er imidlertid ikke verdt en Mercedes-Benz. Det var så dyrt på den tiden, hovedsakelig på grunn av knapphet på varer og for få mennesker, så det var ekstremt dyrt. Hvis markedsvolumet er like stort som dagens smarttelefoner, anslås det at prisen på denne tingen vil bli truffet innen noen få hundre dollar, fordi kretsen inni er egentlig ikke så komplisert som en smarttelefon.

Noen venner sa at vi ikke har en spektrumanalysator her. Hva burde jeg gjøre? Faktisk er det en løsning – nesten alle digitale oscilloskop har nå en FFT-funksjon, som kan brukes. Selv om den ikke er like nøyaktig som en ekte spektrumanalysator, kan den i det minste hjelpe deg med å få mye informasjon fra frekvensdomenet. Hvorfor har dagens digitale oscilloskop FFT-funksjon? Fordi denne funksjonen i det “digitale domenet” ikke øker noen systemkostnad. Ingeniører som vet hvordan man spiller FPGA vet at den såkalte FFT er å bruke flere logiske ressurser i FPGA uten å øke kostnadene for noen enhet.

Vi er vant til noen konsepter i tidsdomenet, og vi må tilpasse oss et annet rom. Det er nødvendig å dypt forstå noen grunnleggende konsepter i frekvensdomenet, og analysere betydningen av hver indikator fra perspektivet til signalsammensetning, og forholdet mellom tallene i frekvensdomenet og tidsdomenet.

Akkurat som du har lært plangeometri, en dag må du lære solid geometri, vil du finne at det er mange konsepter som ikke kan forestilles med plangeometri alene. Men når du først er kjent med disse nye konseptene, vil romfølelsen i tankene dine være like klar og fri som tredimensjonal geometri.

 

Årsaker til å dimme lysdioder med høy lysstyrke

Hovedårsaken til feilen

Som et slags elektrisk utstyr har LED også mange mulige feil. Men i praksis er LED av solid kvalitet og sterk ytelse, og “feilen” er sannsynligvis et resultat av lys. Når lyseffekten er lavere enn 70 % av den teoretiske designverdien, er det på grunn av mikrotrådforskyvningen introdusert i wafer-produksjonsprosessen.

Defektene i LED-brikkematerialet vil vokse raskt ved høyere temperaturer og dukke opp igjen én etter én til den invaderer det lysemitterende området og danner et stort antall ikke-strålende rekombinasjonssentre, noe som alvorlig reduserer lyseffektiviteten til LED. I tillegg, under høye temperaturforhold, vil mikrodefekter i materialet og raskt ekspanderende urenheter fra grensesnittet og kretskortet også bli introdusert i det lysemitterende området, og danner et stort antall dype lag, som også vil akselerere lysdemping av LED-enheten. Gjennomsiktig epoksyharpiks vil denaturere ved høy temperatur. ——Gulning vil påvirke lysoverføringsytelsen. Jo høyere driftstemperatur, jo raskere vil prosessen gå. Dette er en annen hovedårsak til demping av LED-lys. Lysdempningen av fosforet som er dekket på LED-brikken er også hovedårsaken til lysdempingen til LED, fordi dempningen av fosforet ved høy temperatur er svært alvorlig.

Økningen i temperatur vil redusere lyseffektiviteten til LED-lampen, årsakene inkluderer følgende:

• Når temperaturen øker, øker konsentrasjonen av elektroner og hull, båndgapet avtar, elektronmobiliteten avtar og antallet fotoner reduseres.
• Når temperaturen stiger, reduseres muligheten for elektroner og hull i potensialbrønnen, noe som resulterer i ikke-strålende rekombinasjon (oppvarming), og reduserer dermed den interne kvanteeffektiviteten til LED.
• Økningen i temperatur fører til at den blå toppen av brikken beveger seg til den lange bølgeretningen, noe som fører til at emisjonsbølgelengden til brikken og eksitasjonsbølgelengden til fosforet ikke stemmer overens, noe som også fører til en reduksjon i ekstraksjonseffektiviteten til eksternt lys.
• I en hvit LED-lyskilde, når temperaturen øker, reduseres kvanteeffektiviteten til fosforet, lysutslippet reduseres og den eksterne lysekstraksjonseffektiviteten til LED-substratet reduseres.
• Egenskapene til silikagel er sterkt påvirket av omgivelsestemperaturen. Når temperaturen stiger, øker den termiske spenningen inne i silikagelen, noe som fører til at brytningsindeksen til silikagelen reduseres, og dermed påvirke lyseffektiviteten til LED-lampen.

Høykvalitets høyeffektive lysdioder har ofte en levetid på mer enn 5 år uten rask nedgang. Etter hvert som tiden går, vil lysstyrken til LED-en gradvis avta. Et godt designet LED-belysningssystem kan fortsette å bruke lyskilden i 60 000 eller til og med 80 000 timer før belysningen ikke lenger er tilstrekkelig til å fullføre det forventede arbeidet.

Hvorfor blir brikkens lysstyrke lav? Hvilke tiltak kan iverksettes for å stoppe denne resesjonen? Vi vil samarbeide med deg for å forstå fysikken bak fotongenereringen av lysdioder for å utforske hva som vil skje med det nye anlegget og hvorfor brikken vil eldes, noe som resulterer i en uunngåelig nedgang i ytelsen.

Designingeniører kan ta mange tiltak for å maksimere levetiden til LED, og ​​store LED-leverandører (som Seoul Semiconductor, Cree, OSRAM og Bridgelux) har gjort store anstrengelser for å forbedre neste generasjon kommersielle LED-brikker.

Grunnleggende egenskaper

Når en foroverforspenning påføres begge ender av PN-krysset, på grunn av senkingen av PN-kryssbarrieren, vil den positive ladningen i P-regionen diffundere til N-regionen, og elektronene i N-regionen vil også diffundere til P-region, danner en ubalanse i de to regionene samtidig. Akkumulering av elektrisk ladning. For en ekte PN-kryssenhet er bærerkonsentrasjonen i P-regionen vanligvis mye større enn den i N-regionen, noe som fører til at akkumuleringen av ubalanserte hull i N-regionen er mye større enn akkumuleringen av elektroner i P-regionen (f. NP-kryss, situasjonen er akkurat motsatt).

Siden minoritetsbærerne produsert ved strøminjeksjon er ustabile, for PN-koblingssystemet, må de ubalanserte hullene som injiseres inn i valensbåndet rekombinere med elektronene i ledningsbåndet, og overskuddsenergien vil overføres i form av lys. Ekstern stråling, dette er det grunnleggende prinsippet for LED-luminescens.

Det er bare en forklaring som er akseptabel for allmennheten. Men den faktiske situasjonen er mer komplisert. Hvorfor reduseres lyseffekten til LED-en over tid? For å forstå dette er det nødvendig for oss å ha en dypere forståelse av optikk.

Generelt, jo større båndgapet er, jo større er den utstrålte energiadressen, og det tilsvarende fotonet har en kortere bølgelengde; omvendt, jo mindre båndgapet er, jo mindre energi som utstråles, og det tilsvarende fotonet har lengre bølgelengde. For halvledermaterialer som GaAsP, GaInAIP, InGaN, GaAIAs, er emisjonsbølgelengden som tilsvarer båndgapet akkurat i det synlige lysområdet på 380-780nm, og gir dermed et stort rom for utvikling og bruk av LED.

Den grunnleggende strukturen til LED-enheter kan generelt klassifiseres i to kategorier, den ene er for tradisjonelle lysdioder som Gap, GaAsP, AIGaA, etc., som vanligvis tar i bruk flytende faseepitaksi eller gassfaseepitaksi-r. Kunst i GaP eller GaA.

En enkel struktur av PN-kryss eller NP-kryss-type dyrkes på underlaget. For å forbedre lysstyrken er det også heterostrukturer. Substratet til denne typen enhet er ofte en del av PN-krysset, eller P-type-området, eller N-type-området. Derfor vil kvaliteten på underlaget til denne typen enhet direkte påvirke de elektriske og optoelektroniske egenskapene til enheten. Et substrat med riktig dopingkonsentrasjon er avgjørende for å forbedre kvaliteten på epitaksiallaget og redusere seriemotstanden.

Absorpsjonen av det utsendte lyset av underlaget er også en viktig sak. Generelt GaAsP-enheter bruker GaAs-substrater, og bruk av GaP-substrater kan forbedre lyseffektiviteten betydelig. Dette er fordi etter å ha erstattet GaA med transparent GaP, endres LED-brikken fra overflateemisjon til tredimensjonal emisjon, noe som i stor grad reduserer absorpsjonen av lys av underlaget. I tillegg bør det epitaksiale laget opprettholde en høy bærerkonsentrasjon for å sikre en tilstrekkelig høy effektivitet.

Den andre typen struktur er hovedsakelig for ultrasterkt InGaAIP rød-gult lys og InGaN blågrønt lysenheter. Den grunnleggende strukturen til denne typen enhet inkluderer vanligvis fire områder: substratområdet, Bragg-refleksjonsområdet, DH- eller MQW-lysemitterende området og vindusområdet.

Slike enheter er generelt forberedt ved MOCVD epitaksial prosess. Et godt underlag er også grunnlaget for hele epitaksialprosessen. For InGaA1P-materialer brukes vanligvis GaAs-materialer som underlag. Når det totale atominnholdet til In er 0,25, vil gitteret til InGaAIP-materiale. Konstanten være godt matchet med GaAs, og et epitaksielt lag av høy kvalitet kan oppnås. For GaN-baserte enheter, på grunn av vanskeligheten med å skaffe GaN bulkkrystallmaterialer, brukes safir eller sic vanligvis som et epitaksielt substrat.

Den grunnleggende strukturen til LED

Bragg-refleksjonsområde – For InGaA1P-enheter, siden GaA som underlaget absorberer rødt og gult lys sterkt, vokser det vanligvis et Bragg-refleksjonsområde mellom underlaget og det lysemitterende området for å effektivt reflektere lysstrålingen fra det lysemitterende området. Derved forbedres den lysemitterende ytelsen til enheten. For GaN-baserte LED-enheter, siden safir eller sic materialer ikke har sterk absorpsjon av lys, er det vanligvis ikke nødvendig å legge til Bragg-refleksjonssonen.

 

Lysemitterende område – Dette området er kjernen i hele enheten. Bruken av dobbel heterojunction eller kvantebrønnstruktur kan i stor grad forbedre den elektro-optiske konverteringseffektiviteten. Det siste laget er vindusområdet. Generelt har materialet i dette området en stor forbudt båndbredde og kan effektivt overføre lysstrålingen fra det lysemitterende området. For det andre bør materialet i vindusområdet ha en høyere bærerkonsentrasjon og lav resistivitet for å oppnå bedre strømutvidelse og la driftsstrømmen flyte jevnt gjennom hele PN-kryssområdet. For ytterligere å forbedre lyseffektiviteten og kraftspredningen, er mange nye LED-enheter under utvikling, de mest typiske er GaP transparent substrat, metallfilmrefleksjon, avkortet omvendt kjegle, overflatetekstur og andre strukturer.