LED sind noch populär und schliesslich verbesserung diese Jahre - Teil 2
Was sind LED?
Eine Leuchtdiode (LED) ist eine p-n Verzweigung Halbleiter Diode, die Photonen wenn vorderes voreingenommenes ausstrahlt. Der lichtemittierende Effekt wird Einspritzung Elektrolumineszenz genannt, und er tritt auf, wenn Minorität-Träger mit Trägern vom gegenüberliegenden eintippen Bandabstand einer Diode wiederverbinden. Die Wellenlänge des ausgestrahlten Lichtes unterscheidet sich hauptsächlich wegen der Wahl der benutzten Halbleitermaterialien, weil die Bandabstand Energie mit dem Halbleiter schwankt. Nicht alle eingespritzten Minorität-Träger verbinden in einer Strahlungsweise in sogar einem vollkommenen Kristall wieder; die nichtstrahlende Rekombination, die an den Defekten und an den Verschiebungen im Halbleiter auftritt, kann breite Schwankungen der nützlichen Emissionen in den scheinbar identischen Dioden verursachen. Dies heißt in der Praxis, dass hergestellte Posten von LED für das Intensität Zusammenbringen sortiert und geordnet werden.
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| Fig. 3 Typischer Kristall des LED | Fig. 4 Typische LED-Anzeige und wegschneiden, welche die Konstruktion |
LED werden in der Trägerform verarbeitet, die Silikon-integrierten Schaltkreisen ähnlich ist und ausgebrochen in Kristalle. Chip-Größe für sichtbaren Fall des Signals LED im Allgemeinen in die Strecke 0.18 Quadrat mm zu einem 0.36 Quadrat mm (Fig. 3). Infrarot (IR) LED kann größer sein, Impulsverlustleistungen zu behandeln, und LED für Beleuchtung sind wieder größer.
Das einfachste verpackte LED-Produkt ist die Lampe oder Anzeige. Die grundlegende Struktur einer LED-Anzeige besteht dem Kristall, einem Blei-Rahmen, in dem der Kristall wirklich gesetzt wird, und aus dem Verkapselung-Epoxidharz, das den Kristall umgibt und schützt, und zerstreut auch das Licht (Fig. 4). Der Kristall wird mit leitendem Epoxidharz in eine Aussparung in Hälfte des Blei-Rahmens verpfändet, benannt den Amboss wegen seiner Form. Die Aussparung im Amboss wird geformt, um die helle Strahlung vorwärts zu werfen. Der Spitzenkontakt des Kristalls ist der Draht, der zum anderen Blei-Rahmen-Terminal, der Pfosten verpfändet wird.
Der mechanische Aufbau der LED-Lampe stellt das Zerstreuung oder Strahlungsdiagramm des Lichtes fest. Ein Enge Strahlungsdiagramm (Fig. 5) sieht sehr hell aus, wenn gesehene Auf Mittellinie aber der Betrachtungswinkel nicht sehr breit sind. Der gleiche LED-Kristall könnte angebracht werden, um einen breiteren Betrachtungswinkel zu geben, aber die Auf Mittellinie Intensität wird verringert. Dieser Kompromiss ist in allen LED-Anzeigen zugehörig und kann leicht übersehen werden. Hohe Helligkeit LED mit einem 15° zum Winkel der Betrachtung 30° sind eine gute Wahl für eine Information Verkleidung direkt vor einem Betreiber, aber eine breite Richtungsanzeige oder ein AutomobilArmaturenbrett konnten einen Winkel wie 120° so weit erfordern.
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| Fig. 5 Schmales LED-Indikator Strahlungsdiagramm | Fig. 6 7-segment, 14-segmentieren, 16-segmentieren und der Matrix 5x7 |
Das vertraute numerische Zeichen der LED-Anzeige 7-segment leidet wirklich unter einer irrtümlichen Bezeichnung, da es fast immer ein 8. Segment für das Dezimalkomma gibt (DP). Die weniger vertrauten „starburst“ alphanumerischen LED-Anzeigen gekennzeichnet ähnlich als die Stellen 14-segment und 16-segment und wieder ignorieren das DP. Starburst LED-Anzeigen stellen eine ökonomische Weise des Zeigens der vollen 26 Buchstaben des römischen Alphabetes, in den Versalien, sowie die Ziffern 0-9 zur Verfügung. Der Unterschied zwischen dem 14-segment und den Arten der Stelle 16-segment ist, dass die Oberseite und der untere Stab auf der Stelle 16-segment aufgespalten wird und das Aussehen einiger Buchstaben verbessert (Fig. 6).
Die Matrix 5x7 ist sogar vielseitig begabt, fähig zum Anzeigen des römischen Alphabetes in beiden - ober und der Kleinschreibung sowie ein breites von Symbolen. Der Unterschied bezüglich der LED-Anzeige Qualität wird in (Fig. 7) gezeigt, der die Buchstaben angezeigte Verwertung das Schrift Karte der Matrix 5x7 des LED-Anzeige-Treibers der Maxime-MAX6952/3 mit der Buchstaben angezeigten Verwertung das identische Schrift Karte des Maxime MAX6954/5 starburst LED-Anzeige-Treibers vergleicht. Die Matrix 5x7 ist für CJK (Chinesisch-Japanisch-Koreanische) Buchstaben unzulänglich, und eine Schrift Granularität von 12x12 wird häufig als minimale Auflösung zitiert.
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| Fig. 7 Vergleichen der Buchstaben der Matrix 5x7 und des starburst | |
Numerische und alphanumerische LED-Anzeige Zeichen sind wirklich die Mischlinge und bringen mehrfache LED Chip in ein Paket an. Einige sehr kleine LED-Anzeige Stellen (z.B. die „bubble-top“ Rechner LED-Anzeigen populär in den siebziger Jahren) sind monolithisch. Jede Weise, die Form jedes Segments wird durch einen Reflektor und ein helles Rohr definiert, die um den LED-Kristall angebracht werden, nicht durch den Kristall selbst. Kleine LED-Anzeigen benutzen einen Kristall pro LED-Anzeige Segment, während große LED-Anzeigen 2 oder mehr Kristalle pro Segment zu verbreiten effektiv benutzen können das Licht und relativ konstante Intensität über dem Segment zeigen.
Im Herstellungsverfahren werden die Chip entweder an einem Blei-Rahmen oder an einer Leiterplatte und am Draht, der zu einem Verbindungsmuster verpfändet wird angebracht. Die Kristalle sind angebrachte leitende Paste der Verwertung, weil das Kristallsubstrat einen der zwei Dioden Anschlüsse bildet (Fig. 8). Das Verbindungsmuster schließt normalerweise entweder die Anode oder die Anschlüsse der Kathode LED Chip zusammen an, um die Zahl den Stiften zu verringern, die für die Stelle erfordert werden. Infolgedessen gekennzeichnet LED-Anzeigen als Arten CA (allgemeine Anode) oder CC (allgemeine Kathode), und Schaltkreis-Display-Treiber spezifizieren eine Art oder die andere (Fig. 9).
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| Fig. 8 Befestigung eines LED-Kristalls, um ein Ziffer Segment zu bilden | Fig. 9 Allgemeine Anode und allgemeine Kathode des LED Ziffer |
Die Blei-Rahmen Methode des Aufbaus ist der ähnlich, die für Schaltkreis Herstellung verwendet wird. Der Rahmen ist normalerweise geätzter Silber überzogener Stahl und stellt gute Hitzeübertragung und Lichtreflexion zur Verfügung. Der Reflektor-Kanal, der das helle Rohr für jedes Segment bildet, ist das Epoxidharz, das während des Aufbaus gefüllt wird, und das Epoxidharz stellt die mechanische Stärke und den Umweltschutz zur LED-Anzeige zur Verfügung.
Eine preiswertere Aufbaumethode benutzt eine Leiterplatte-Art Substrat anstelle von einem Blei-Rahmen. LED-Anzeigen bauten auf diese Weise gekennzeichnet häufig als „Stock“ Arten, weil die Methode allgemein verwendet ist, Multistelle LED-Anzeigen zu errichten, z.B. 4-Ziffer Taktgeber LED auf. Stockaufbau erlaubt der LED-Anzeige, ohne Epoxidharz fülle errichtet zu werden, die Kosten aber Blätter die LED-Anzeige speichert, die gegen Verminderung von den Verunreinigung empfindlich ist.
LED elektrische und optische Eigenschaften
Das elektrische Verhalten von LED ist anderen Halbleiterdioden ähnlich. Die Vorwärtsspannung ist höher, und ist für die verschiedenen Materialien unterschiedlich, die für verschiedene Farben benutzt werden (Fig. 10). Die Vorwärtsspannung steigt mit Strom und fällt mit Temperatur durch ungefähr 2mV/°C. Und, wie alle Halbleiter, muss die LED bei den höheren Betriebstemperaturen herabgesetzt werden.
Das optische Verhalten der LED schwankt erheblich mit Temperatur. Zuerst fällt die Menge des Lichtes ausgestrahlt durch die LED-Lampe, während Grenzschichttemperatur steigt. Dieses ist wegen einer Zunahme der Rekombination der Löcher und der Elektronen, die keinen Beitrag zur hellen Emission bilden. Auch die ausgestrahlte Wellenlänge ändert auch mit der Temperatur, hauptsächlich wegen der Halbleiter Energielücke, die mit Temperatur ändert.
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| Fig. 10 LED-Vorwärtsspannung schwankt mit Farbe und Strom | Fig. 11 LED-heller Ausgang gegen Strom |
Fahren LED: Statisches treiben und Multiplex treiben
Die einfachste Weise zur treiben Mehrfach Verbindungsstelle LED, wie LED-Anzeige Ziffer Segmente, ist zu treiben jede LED separat, jede mit einem Widerstand oder die gegenwärtige Quelle, die den Vorwärtsstrom einstellt. Diese Technik wird statisches treiben genannt, weil der LED-Strom kontinuierlich ist. Statisches treiben ist, wenn verhältnismäßig wenige LED gefahren werden, wenn die vernünftige Begrenzung ungefähr zwei 7 Segment Ziffer ist nützlich. Hohe Leistungsfähigkeit LED kann zur hohen Helligkeit mit 2mA gefahren werden, das von den Ausgabebausteinen der meisten Mikrocontroller vorhanden ist.
Wenn viele Segmente gefahren werden sollen, statische treiben Nachfragen eine unwirtschaftliche Anzahl von treiben Ausgängen, 1 pro LED. Mehrkanal Ordnung schalten oder der treiben Impuls verringert die treiben Anschlüsse durch Stroboskopeffekt nur eine geringe Anzahl Segmente (gewöhnlich eine komplette Ziffer) auf einmal. Der Stroboskopeffekt ist mit einer hoch genügenden Wiederholungsrate erfolgt, dass das Auge ununterbrochene Ablichtung empfindet. Jedoch muss die LED an einem höheren Strom gefahren werden, um die verringerte Einschaltdauer zu entschädigen.
Ein Vorteil des Impulses treiben ist, dass das menschliche Auge als teilweise integrieren und teilweise Höchstlese Photometer sich benimmt. Infolgedessen empfindet das Auge schnell pulsiertes Licht irgendwo zwischen der Spitze und der durchschnittlichen Helligkeit. Dies heißt, dass ein niedriger Impuls der hohen Intensität der Einschaltdauer des Lichtes heller als ein DC-Signal schaut, das dem Durchschnitt des Impuls Kennzeichens gleich ist. Folglich ist ein Vorteil des multiplexen Betriebes eine Verbesserung in der LED-Anzeige Intensität für einen gegebenen durchschnittlichen Stromverbrauch.
Die Leistungsfähigkeit einer LED steigt gewöhnlich mit dem Vorwärtsstrom und setzt konstante Grenzschicht Temperatur voraus. Dieses ist nicht immer der Fall jedoch, und LED-Datenblätter sollten sorgfältig überprüft werden (und verglichen werden), wenn den optimalen Spitzenstrom wählen (Fig. 11). Jedoch kann das Multiplizieren 1.5mal häufig zur Verfügung stellen der helle Ausgang vom durchschnittlichen Antriebsstrom des Zyklus, verglichen mit dem gleichwertigen DC-Niveau.
Während LED-Treiber Strom für die Mehrkanal Ausrüstung sich erhöht, erhöhen sich interne Temperaturen innerhalb des Chip auch. Es gibt einen Punkt, in dem der Effekt der Temperaturzunahme so ist, dass der Tropfen der Photon Umwandlung Leistungsfähigkeit, wegen der höheren Temperatur, den Effekt der erhöhten spezifischen Stromdichte durch die Verzweigung verneint. An diesem Punkt kann die Erhöhung des Antriebsstroms wenig, keine Änderung oder sogar Abnahmen an den hellen Ausgängen von der LED Chip ergeben.
Der Standard Anschluss für Mehrkanal Ausrüstung LED-Anzeige Ziffer benutzt einen unterschiedlichen Stift für jeden Ziffer allgemeinen Kathoden Anschluss, während die Anoden Segment Anschlüsse über allen Ziffern sind ein gemeinsames Schaltung (Fig. 12). Die Zahl den Anschlüssen, die erfordert werden, kann als seiend berechnet werden 1 für jede benutzte worden Stelle, plus 1 für jedes Segment innerhalb einer Stelle. Ein Stift-leistungsfähigeres Schema beruht auf der Tatsache, die während des Multiplex Betriebes, nur ein Treiber Ausgang der Stelle wirklich gebräuchlich ist. Indem man die LED Treiber Stifte herstellt, kann wechselnde Aufgabe zwischen Fahren Ziffern und Segmenten, N-Treiber Stifte an treiben N-Stellen jede mit Segmenten N-1 gewöhnt sein. Diese Technik wird im LED-Treiber der Maxime-MAX6951 zu den treiben 8 numerischen Zeichen mit nur 9 Stiften verwendet (Fig. 13).
Fig. 12 Standard Anschlüsse für die Mehrkanal Ausrüstung
Fig. 13 Verringert die Mehrkanal Ausrüstung Stift-zählen - Anschlüsse MAX6951
