El LED es todavía popular y de mejora después de todos estos años - parte 2
Este artículo discute una tecnología de reproducción de imágenes que sí mismo de 35 años ha cambiado rápido - el LED. Esta descripción cubre los orígenes del LEDs, los usos tradicionales, y cómo las mejoras en la tecnología han estimulado nuevos usos.
Fuente de información: Maxim Integrated Products, Inc. y Dallas Semiconductor Corp. - www.maxim-ic.com
¿Cuáles son LEDs?
Un diodo electroluminoso (LED) es un diodo de semiconductor de la ensambladura del PN que emite los fotones cuando está polarizado hacia adelante. El efecto luminescente se llama electroluminescence de la inyección, y ocurre cuando los portadores de minoría recombinan con los portadores del opuesto mecanografían adentro el boquete de venda de un diodo. La longitud de onda de la luz emitida varía sobre todo debido a la opción de los materiales del semiconductor usados, porque la energía del boquete de venda varía con el semiconductor. No todos los portadores de minoría inyectados recombinan de una manera radiativa en incluso un cristal perfecto; la recombinación non-radiative que ocurre en los defectos y las dislocaciones en el semiconductor puede dar lugar a variaciones amplias en emisiones útiles en diodos aparentemente idénticos. Esto significa en la práctica que las hornadas manufacturadas del LEDs están clasificadas y calificadas para emparejar de la intensidad.
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| Fig. 3 El típico GaP LED cristal | Fig. 4 Indicador típico del LED y construcción que demuestra cortada |
El LEDs se procesa en la forma de la oblea similar a los circuitos integrados del silicio, y se explota en cristals. Tamaño del chip para la caída visible de la señal LEDs generalmente en la gama cuadrado de 0.18 mm de 0.36 mm (Fig. 3). El LEDs (IR) infrarrojo puede ser más grande manejar potencias máximas, y el LEDs para la iluminación es más grande otra vez.
El producto embalado más simple del LED es la lámpara, o indicador. La estructura básica de un indicador del LED consiste en el cristal, un marco del plomo donde el cristal se coloca realmente, y el epóxido de la encapsulación que rodea y protege el cristal, y también dispersa la luz (Fig. 4). El cristal se enlaza con el epóxido conductor en una hendidura en una mitad del bastidor del plomo, llamado el yunque debido a él es forma. La hendidura en el yunque se forma para lanzar la radiación ligera adelante. El contacto superior del cristal es alambre enlazado al otro terminal del marco del plomo, el poste.
La construcción mecánica de la lámpara del LED determina el patrón de la dispersión o de radiación de la luz. Un patrón de radiación del estrecho (Fig. 5) aparecerá muy brillante cuando el en-eje visto, sino el ángulo de visión no será muy anchos. El mismo LED muere se podría montar para dar un ángulo de visión más amplio, pero la intensidad del en-eje será reducida. Esta compensación es inherente en todos los indicadores del LED, y puede ser pasada por alto fácilmente. El alto brillo LEDs con un 15° al ángulo de visión 30° es una buena opción para un panel de información directo delante de un operador, pero un indicador de dirección ancho o un tablero de instrumentos automotor pudo requerir tan de par en par un ángulo como 120°.
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| Fig. 5 Patrón de radiación estrecho del indicador del LED |
Fig. 6 7-segmentos, 14-segmentos, 16-segmentos y 5 x 7 tipos del dígito de la matriz |
El dígito numérico de la display del 7-segmento del familiar sufre realmente de un nombre incorrecto, pues hay casi siempre un 8vo segmento para la coma (DP). Las exhibiciones alfanuméricas menos familiares del “starburst” se refieren semejantemente como 14- segmento y 16- segmento dígitos, no haciendo caso del DP otra vez. Las display de Starburst proporcionan una manera económica de demostrar los 26 carácteres completos del alfabeto romano, en mayúscula, así como los números 0-9. La diferencia entre el 14- segmento y los 16-segmento tipos del dígito es que la tapa y la barra inferior está partida en el dígito de 16-segmentos, mejorando el aspecto de algunos carácteres (Fig. 6).
La matriz 5 x 7 es aún más versátil, capaz de exhibir el alfabeto romano en ambos mayúscula y minúscula así como un ancho de símbolos. La diferencia en la calidad de la display se demuestra en Fig. 7, que compara los carácteres exhibidos usar el mapa de la fuente de 5 x 7 matrices del conductor de la display de la Maxim MAX6952/3 con los carácteres exhibidos usar el mapa idéntico de la fuente del conductor de la display del starburst de la Maxim MAX6954/5. La matriz 5 x 7 es inadecuada para los carácteres (Chino-Japonés-Coreanos) de CJK, y una granulosidad de la fuente de 12x12 se cita a menudo como resolución mínima.
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| Fig. 7. Carácteres de la 5 x 7 matriz que comparan y del starburst | |
Los dígitos de la display numérica y alfanumérica de la mayoría del LED son realmente híbridos, montando LED múltiple chip en un paquete. Algunos dígitos muy pequeños de la display (por ejemplo la calculadora de la “burbuja-tapa” displays popular en los años 70) son monolíticos. Cualquier manera, la forma de cada segmento es definida por un reflector y la pipa ligera montada alrededor del LED muere, no por el cristal sí mismo. El pequeño uso uno de las displays muere por el segmento de la display, mientras que las displays grandes pueden utilizar 2 o más cortan en cuadritos por el segmento para separar la luz con eficacia y para demostrar intensidad razonablemente uniforme a través del segmento.
En el proceso de fabricación, los chip se montan en un marco del plomo o un PCB, y alambre enlazado a un patrón de la interconexión. Los cristals se montan usar la goma conductora, porque el substrato del cristal forma una de las dos conexiones del diodo (Fig. 8). El patrón de la interconexión conecta generalmente el ánodo o las conexiones del cátodo LED chip juntas para reducir el número de pernos requeridos para el dígito. Consecuentemente, las displays se refieren como tipos del CA (ánodo común) o del CC (cátodo común), y los conductores de la display del circuito integrado especificarán un tipo o el otro (Fig. 9).
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| Fig. 8. Montando un LED cristal para formar un segmento del dígito |
Fig. 9. Ánodo común y cátodo común tipos del dígito del LED |
El método del marco del plomo de construcción es similar a ése usado para la fabricación del circuito integrado. El marco es normalmente acero plateado plata grabado al agua fuerte, proporcionando la buenos conducción de calor y reflejo de luz. El canal del reflector que forma la pipa ligera para cada segmento es epóxido llenado durante la construcción, y el epóxido proporciona la fuerza mecánica y la protección del medio ambiente a la display.
Un método más barato de la construcción utiliza un tipo substrato del PCB en vez de un marco del plomo. Las displays construyeron esta manera se refieren a menudo como tipos del “palillo”, porque el método es de uso general construir displays del multi-dígito, por ejemplo el reloj de 4-dígitos LEDs. La construcción del palillo permite que la display sea construida sin el terraplén de epoxy, que ahorra coste pero las hojas la display susceptible a la degradación de los contaminantes.
Características eléctricas y ópticas del LED
El comportamiento eléctrico del LEDs es similar a otros diodos de semiconductor. El voltaje delantero es más alto, y es diferente para los diversos materiales usados para diversos colores (Fig. 10). El voltaje delantero se levanta con la corriente, y baja con temperatura por alrededor 2mV/°C. Y, como todos los semiconductores, el LED se debe reducir la capacidad normal en temperaturas de funcionamiento más altas.
El comportamiento óptico del LED varía perceptiblemente con temperatura. Primero, la cantidad de luz emitida por la lámpara del LED baja como subidas de temperatura de ensambladura. Esto está debido a un aumento en la recombinación de los agujeros y de los electrones que no hacen ninguna contribución a la emisión ligera. También, la longitud de onda emitida también cambia con la temperatura, principalmente debido al boquete de energía del semiconductor que cambia con temperatura.
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| Fig. 10. El voltaje delantero del LED varía con color y la corriente |
Fig. 11 Salida ligera del LED contra corriente |
Conduciendo el LEDs - estático y múltiplex
La manera más fácil de conducir el LEDs múltiple, tal como segmentos del dígito de la display, es conducir cada LED por separado, cada uno con un resistor o la fuente actual que fija la corriente delantera. Esta técnica se llama impulsión estática porque la corriente del LED es continua. La estática es útil cuando se conduce relativamente poco LEDs, con el límite sensible siendo cerca de dos 7 dígitos del segmento. La eficacia alta LEDs se puede conducir al alto brillo con 2 mA, que está disponible de los puertos de salida de la mayoría de los microcontroladores.
Cuando muchos segmentos deben ser conducidos, la estática exige un número poco económico de salidas, 1 por el LED. El múltiplex, o la pulso reduce las conexiones de la drive por efecto “strobing” solamente una pequeña cantidad de segmentos (típicamente un dígito completo) a la vez. El efecto “strobing” se hace arriba a una bastante tarifa de la repetición que el ojo percibe la iluminación continua. Sin embargo, el LEDs se debe conducir en una corriente más alta para compensar el ciclo de deber reducido.
Una ventaja de la drive del pulso es que el ojo humano se comporta como fotómetro parcialmente de integración y parcialmente máximo de la lectura. Consecuentemente, el ojo percibe la luz rápido en alguna parte pulsada entre el pico y el brillo medio. Esto significa que un pulso de intensidad alta bajo del ciclo de deber de luz parece más brillante que una señal de la C.C. igual al promedio de la señal pulsada. Por lo tanto una ventaja de la operación multiplexada es una mejora en la intensidad de la display para un consumo de energía media cristal.
La eficacia de un LED se levanta típicamente con la corriente delantera, presumiendo temperatura de ensambladura constante. Éste no es siempre el caso sin embargo, y las hojas de datos del LED deben ser examinadas (y ser comparadas) cuidadosamente cuando elegir la corriente máxima óptima (Fig. 11). Sin embargo, el multiplicarse puede proporcionar a menudo 1.5 veces la salida ligera de la corriente de impulsión media del ciclo, comparada al nivel equivalente de la C.C.
Mientras que las corrientes de drive del LED aumentan para multiplexar, las temperaturas internas dentro del chip también aumentan. Hay un punto donde está tal el efecto del aumento de la temperatura que la gota en la eficacia de conversión del fotón, debido a la temperatura más alta, niega el efecto de la densidad corriente creciente a través de la ensambladura. A este punto las corrientes de drive cada vez mayores pueden dar lugar a poco, a ningun cambio, o aún a disminuciones de salidas ligeras del LED chip.
La conexión estándar para multiplexar dígitos del LED utiliza un perno separado para cada conexión común del cátodo del digit, mientras que las conexiones del segmento del ánodo commoned a través de todos los dígitos (Fig. 12). El número de conexiones requeridas se puede calcular como siendo 1 para cada dígito usado, más 1 para cada segmento dentro de un dígito. Un esquema perno-más eficiente confía en el hecho que durante la operación múltiplex, sólo una salida de la impulsión del dígito es realmente funcionando. Haciendo los pernos de drive del LED deber alterno entre la conducción de dígitos y de segmentos, los pernos de drive de n se pueden utilizar para conducir los dígitos cada uno de n con los segmentos n-1. Esta técnica se utiliza en el driver de la Maxim MAX6951 LED para conducir 8 dígitos numéricos con solamente 9 pernos (Fig. 13).
Fig. 12. Conexiones estándar para multiplexar
Fig. 13. Reducido perno-contar la multiplexación - las conexiones MAX6951
