Änderungen der temperaturabhängigen Eigenschaften (Leuchtkraft, Wellenlänge, Durchlassspannung)Die Eigenschaften einer LED-Lampe ändern sich in Abhängigkeit von der Chiptemperatur (Tj: die Temperatur der das Licht emittierenden Sperrschicht). Die Chiptemperatur umfasst sowohl die Umgebungstemperatur als auch die von der LED selbst abgegebene Wärme. Der folgende Text beschreibt typische Änderungen der Kennlinien.
HelligkeitDie von der LED-Lampe emittierte Lichtmenge nimmt mit steigendem Tj ab. Dies liegt an einer Zunahme der Rekombination von Löchern und Elektronen, die keinen Beitrag zur Lichtemission leisten. Die technischen Daten der LED-Lampen von Toshiba zeigen Diagramme der Eigenschaften der Lichtstärke im Verhältnis zur Gehäusetemperatur (wobei die Lichtstärke auf 1,0 bei 25°C normiert ist – siehe Anhang 1). Innerhalb des garantierten Betriebstemperaturbereichs variiert die Lichtstärke von 0,7 bis 1,2 (basierend auf einer Lichtstärke von 1,0 bei 25°C)
WellenlängeWie die Lichtstärke ändert sich auch die emittierte Wellenlänge, hauptsächlich aufgrund von Änderungen der Halbleiterenergielücke, die durch Temperaturänderungen verursacht werden. Das Ausmaß der Wellenlängenänderungen variiert je nach Halbleitermaterial; bei LEDs vom InGaAlP-Typ bewirkt ein Temperaturanstieg eine Änderung von d um etwa 0,1 nm/°C. Bei Anwendungen, bei denen strenge Wellenlängenstandards erforderlich sind, muss jede Wellenlängenänderung innerhalb des garantierten Betriebstemperaturbereichs des Geräts berücksichtigt werden.
Durchlassspannung (Vf)Außer in Sonderfällen werden Änderungen des Vf, ebenso wie Änderungen der emittierten Wellenlänge, durch Änderungen der Halbleiterenergielücke verursacht. Mit steigender Temperatur sinkt Vf um etwa 2 mV/°C. Die Änderung von Vf ist eine wichtige Überlegung beim Schaltungsentwurf. Wenn die LED-Lampe mit konstantem Strom betrieben wird, wirken sich Änderungen von Vf nicht auf die Schaltungskonstanten aus. Wenn die LED-Lampe jedoch mit einer ungefähr konstanten Spannung arbeitet, sinkt Vf mit steigender Temperatur und steigendem Strom. Eine Erhöhung des Stroms bewirkt, dass Tj noch weiter ansteigt und Vf weiter abfällt. Der Strom nimmt weiter zu, bis ein Gleichgewicht erreicht ist. Umgekehrt steigt bei niedrigen Temperaturen Vf und der Strom sinkt. Die erforderliche Lichtstärke wird möglicherweise nicht erreicht, wenn die Schaltung mit einer konstanten Spannung betrieben wird.
Schwankungen in den EigenschaftenVariationen der Kennwerte zwischen verschiedenen LEDs treten in der Herstellungsphase auf. Toshiba gibt einen Mindestwert für die Leuchtkraft und einen Mindest- oder Höchstwert für jeden der elektrischen Kenngrößen vor. Daher müssen optische Schaltungen unter Berücksichtigung dieser Schwankungen entworfen werden. Beispielsweise hat Vf neben Änderungen der Temperatur auch eine bestimmte Verteilung. Wenn eine Schaltung keinen eingebauten Konstruktionsspielraum hat, müssen Geräte mit einer großen Vf-Schwankung überprüft werden, um sicherzustellen, dass die gewünschten Eigenschaften auch bei Temperaturänderungen erzielt werden. Je nach Charakteristik der Schaltung oder des Betriebsmittels kann es erforderlich sein, die Schwankung der LED-Lampenkennwerte zu begrenzen. In solchen Fällen wird Toshiba prüfen, ob ein besonderer Standard erforderlich ist, und entscheiden, ob ein spezieller Standard angewendet werden kann oder nicht.
Unterschiede zwischen sichtbaren LEDs und Sensorlichtquellen
LED-Lampen sind Strahler für sichtbares Licht. Daher basieren LED-Standards auf für den Menschen sichtbarem Licht. Dementsprechend empfiehlt Marktech nicht, eine sichtbare LED als Lichtquelle für einen optischen Sensor zu verwenden. Relative Effizienz Abbildung 6 zeigt die Lichtausbeutekurve mit den Wellenlängeneigenschaften des Lichts, für das das menschliche Auge empfindlich ist. Das menschliche Auge ist am empfindlichsten für Licht mit einer Wellenlänge von etwa 555 nm. Wenn die Leuchtkraft einer LED gemessen wird, muss der Wert der Leuchtkraft bei jeder Wellenlänge entsprechend der in Abbildung 6 gezeigten Lichtausbeutekurve korrigiert werden.
Abbildung 6 – Lichtausbeutekurve
Verwenden Sie entweder die Lichtleistungskurve, um die Leistung der LEDs für jede zu messende Wellenlänge zu korrigieren, oder lassen Sie die zu messende Leistung der LEDs durch einen optischen Filter mit den gleichen Transmissionseigenschaften wie die Lichtleistungskurve leiten. Natürlich müssen auch die Wellenlängeneigenschaften des Photodetektors berücksichtigt werden. Fotodioden oder CCD-Bildsensoren werden manchmal in Fotodetektoren zur Überprüfung der Helligkeit verwendet. In diesen Fällen liegt der Unterschied in der Leuchtkraft sichtbarer LEDs nicht nur in der unterschiedlichen Empfindlichkeit ihrer Fotodetektoren begründet. Beispielsweise zeigt ein einfacher Vergleich zwischen der Lichtstärke einer 660-nm-GaA-As-LED und der einer 570-nm-InGaAlP-LED, dass die letztere eine Lichtstärke als die erstere hat. Berücksichtigt man jedoch die Wellenlängencharakteristik der Empfangsempfindlichkeit von Fotodetektoren mit Fotodioden oder CCD-Bildsensoren, hat die 660-nm-GaAlAs-LED die höhere Leistung. Außerdem zeigt das Wellenlängenkennfeld in den technischen Daten nur das sichtbare Lichtspektrum und bedeutet nicht, dass kein anderes Licht von der LED emittiert wird. Insbesondere kann die Emission je nach LED-Typ einen großen Peak im nahen Infrarotbereich aufweisen. Vergessen Sie bei der Verwendung von Photodioden zur Messung der Leuchtkraft nicht, Infrarotlicht zu berücksichtigen.
