LED pour les systèmes informationnels de bonne qualité modernes: Problèmes, théorie et réalité
L'article est le résultat de la longue recherche dans le laboratoire photométrique de la LED de divers fabricants dans le monde entier. Depuis la LED le choix pour une telle application critique comme des écrans vidéos est l'un des facteurs principaux qui déterminent le succès commercial du projet, l'article a grand théorique aussi bien que des mérites pratiques.
Sommaire
La technologie pour la production des dispositifs optoélectroniques basés sur les chips luminescents de semi-conducteur s'était développée intensivement. En conséquence, ces dispositifs sont employés couramment dans les informationnels et systèmes d'indicateurs lumineux. La vanterie de LED un grand choix de couleur, combinent l'irradiation puissante avec n'importe quelle forme de la distribution spatiale, peut fournir n'importe quelle gradation de couleur dans une dynamique large de l'intensité qui leur font la source lumineuse idéale pour de nombreuses applications.
Une telle large variété de paramètres de LED a été rendue possible après solution de plusieurs problèmes techniques en structure de LED. Cet article prévoit l'analyse de la LED et la structure de chip, discute des résultats d'essai et de futures tendances dans la production de LED.
Sources lumineuses de semi-conducteur
L'humanité a été toujours concernée par un problème de rechercher le feu et des sources lumineuses. Cet article traite la méthode la plus sophistiquée d'extraire la lumière à partir de la pierre. Toutes les sources lumineuses de semi-conducteur moderne sont p-n transition basée qui rayonnent les quantums lumière. Ici nous nous concentrerons seulement sur ces manières de créer la p-n transition qui peut émettre le quantum de rayonnement électromagnétique quand le courant électrique les traverse.
Ce sont des hétérostructures avec la p-n transition des zones amples où la largeur de la zone restreinte dépasse 1.9 eV. Déjà on a créé des structures qui peuvent irradier dans la totalité de gamme évidente, étroit gammes IR et UV. Un grand choix de couleur combiné avec l'irradiation puissante et n'importe quelle forme de la distribution spatiale font à LED une source lumineuse extrêmement attrayante avec beaucoup d'applications potentielles.
LED
La LED est un semi-conducteur basé sur le rayonnement du cristal qui transforme l'énergie électrique en lumière. La LED rayonne dans un spectre relativement étroit (jusqu'à 25-30 nanomètre) sur l'échelle de la distribution spectrale de la densité lumineuse et peut donc être caractérisée comme rayonnement monochrome quasi.
Une variété énorme de LED ont été créées sur la base de ces cristaux de semi-conducteur avec des p-n transitions. La structure de LED détermine la direction, la distribution spatiale, les paramètres d'intensité, électriques, thermiques, énergiques et autre lumineux du rayonnement à partir d'un cristal de semi-conducteur. Naturellement, tous ces paramètres sont interconnectés.
L'étude de laboratoire détaillée de la LED de différents formes et buts de divers fabricants a laissé faire quelques conclusions importantes au sujet de qualité et domaines d'applications de LED.
Récemment, des LED sont progressivement employées en appareils d'éclairage, illumination artistique, indicateurs lumineux critique essentiels. Ceci a en raison possible devenu d'une augmentation rapide de la durée de vie énergique de paramètres, de fiabilité et de ces sources lumineuses monochromes quasi. Les facteurs qui rendent la LED irremplaçable pour l'usage dans les écrans polychromes, les signes et d'autres dispositifs informationnels incluent la consommation basse d'énergie, coût bas de systeme optique qui forme le diagramme de distribution lumière et la commande facile. Cependant le facteur essentiel est la perception visuelle de la lumière de LED par l'œil humain. Tous ces facteurs seront discutés dans le grand détail en cet article.
Théorie: Caractéristiques de lumière, techniques et électriques de LED moderne de divers fabricants
L'unité la plus commune qui caractérise des paramètres d'énergie de LED est l'émission lumière d'axe. Cependant cette valeur n'a aucune signification à moins que l'angle de rayonnement soit spécifié relativement à un certain niveau de maximum d'émission lumière d'axe.
Typiquement, l'angle de rayonnement est corrélé avec une moitié de l'émission lumière maximum. Ces deux paramètres: l'angle de rayonnement et l'émission lumière axiale nous donnent l'idée approximative dans quelle direction et combien fort être émission lumière à différents angles de vision. À déterminer plus exactement l'intensité lumineuse à n'importe quel angle d'observation, double-coordonnent le rapport est employé. Ce s'appelle également fréquemment l'ellipsoïde des indices ou la fonction d'indicateur (voir la Fig. 1).
Fig. 1 Ellipsoïde des indices pour la LED avec l'objectif ovale dans des coordonnées polaires.
Les plans verticaux (un plus petit angle) et horizontaux de rayonnement
(de plus grand angle) sont montrés.
L'intensité lumineuse est une énergie importante caractéristique du rayonnement de LED. On le détermine comme intégrale de toute l'énergie sous la fonction spéciale d'indicateur de rayonnement. C'est ce paramètre qui le plus généralement est montré par des fabricants de LED dans leurs fiches techniques. C'est particulièrement vrai au sujet des dispositifs puissants avec l'angle de rayonnement et la distribution spatiale larges d'uniforme près de la distribution de Lambert. Cependant, même dans ce cas-ci il est impossible d'évaluer sûrement la distribution du flux lumière à l'intérieur du diagramme et, par conséquent, pour déterminer l'intensité lumineuse de LED exactement.
La plupart des formules mathématiques simples employées par des utilisateurs de LED sont absolument incorrectes et mènent aux erreurs sérieuses dans des caractéristiques de évaluation d'énergie dans les appareils LED-basée. C'est évident dans les diagrammes dissymétriques calculateurs de distribution de rayonnement (par exemple LED avec les objectifs ovales) et la fonction d'indicateur de l'angle étroit LED. Par conséquent, il vaut d'examiner la matière étroitement et considère quelques méthodes pour déterminer l'émission lumière et sa relation avec d'autres unités photométriques parce que seulement la mesure directe de cette valeur peut avoir comme conséquence sa plus grande exactitude.
L'expérience classique en mesurant l'intégrateur sphérique de pleine utilisation lumière de flux réclame identifier des sources lumineuses au centre de la sphère. Mais même dans ce cas-ci la relation entre le lumen standard est due douteux aux erreurs provoquées par des caractéristiques spectrales et zonales non-uniformes de la surface interne de la sphère. Par conséquent, les données les plus précises et les plus instructives peuvent être utilisation rassemblée par méthode de balayage spatial de flux lumineux, ou méthode goniophotométrique.
Les instruments requis pour ceci sont goniophotometer avec la résolution suffisante et tête photométrique avec un coefficient mesuré de transformation. La méthode est basée sur une rotation progressive de LED et de mesurer son intensité lumineuse à de divers angles de préréglage. Plus le pas de la rotation contre le photomètre est petit, plus est l'erreur de mesure inférieure et plus est la distribution angulaire plus précise. Les dispositifs goniophotométriques modernes ont habituellement un pas de 3 à 10 minutes. Simultanément l'intensité lumineuse axiale et sa distribution spatiale sont mesurées. C'est la manière de calculer le flux de flux.
Des LED sont décrites dans l'énergie et des paramètres colorimétriques. Il est essentiel de savoir ces paramètres pour le rendu de couleur approprié dans n'importe quels système informationnel électronique, dispositifs de lumière et d'indicateur, lumières architecturales, etc.
CIE (Comité international de l'illumination) l'espace colorimétrique XYZ de 1931, développé en 1931, est encore employé comme référence standard pour définir des couleurs, et comme référence pour d'autres espaces colorimétriques. Comme a été déjà dit, les LED ont plutôt la bande étroite (quasi-monochrome) du rayonnement avec demi de spectre de largeur dans seulement 15-30 nanomètre. Le diagramme de chromaticité de CIE, dérivé de cet espace colorimétrique, est montré ci-dessous. Le diagramme est un diagramme bidimensionnel de couleurs de l'intensité constante en fonction de la réponse visuelle de la norme CIE 1931-observateur, qui a été déterminé par des mesures physiologiques de perception chromatique humaine.
Puisque l'œil humain a trois types de sonde de couleur qui répondent à différentes gammes des longueurs d'onde, une parcelle entière de toutes les couleurs visibles est une figure à trois dimensions. Il est incommode dessiner ce sur une feuille de papier bidimensionnelle, ainsi pour la convenance CIE a transformé l'espace colorimétrique tridimensionnel en deux dimensions artificielles de couleur (collectivement appelée la chromaticité) et une d'intensité, et a puis pris une tranche bidimensionnelle par cet espace au niveau de l'intensité maximum. Cette tranche est devenue le diagramme de chromaticité.
Il convient noter que toutes les caractéristiques de LED décrites ci-dessus sont dans l'interdépendance directe, donc, en règle générale, seulement leur totalité permet pour juger correctement de divers paramètres de LED. Cependant, pour déterminer le plus exactement la qualité, la longévité et la correspondance des paramètres de LED avoués par le producteur est possible seulement après conduire le complexe des mesures et des calculs de ses caractéristiques.
