Les LED sont encore populaires et s'améliorantes après toutes ces années - Partie 2
Quelles sont des LED?
Une diode électroluminescente (LED) est une diode de semi-conducteur de jonction de p-n qui émet des photons une fois polarisée en aval. L'effet luminescent s'appelle l'électroluminescence d'injection, et il se produit quand les porteurs de minorité recombinent avec des porteurs de l'opposé saisissent l'espace de bande d'une diode. La longueur d'onde de la lumière émise varie principalement en raison du choix des matières de semi-conducteur employées, parce que l'énergie d'espace de bande varie avec le semi-conducteur. Non tous les porteurs de minorité injectés recombinent d'une façon radiative dans même un cristal parfait; la recombinaison non-radiative se produisant aux défauts et aux dislocations dans le semi-conducteur peut provoquer de grandes variations dans les émissions utiles dans des diodes apparemment identiques. Ceci signifie dans la pratique que des séries fabriquer de LED sont assorties et évaluées pour l'assortiment d'intensité.
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| Fig. 3 GaP typique LED die | Fig. 4 Indicateur typique de LED et coupe montrant la construction |
Des LED sont traitées sous la formule d'entre-deux semblable aux circuits intégrés de silicium, et éclatées dans la paillette. Taille de chip pour la chute évidente du signal LED généralement dans la gamme surface de 0.18 millimètre à la surface de 0.36 millimètre (Fig. 3). La LED (IR) infrarouge peut être plus grande pour traiter des puissances de crête, et les LED pour l'éclairage sont plus grandes encore.
Le produit de LED emballé le plus simple est la lampe, ou indicateur. La structure de base d'un indicateur de LED comprend la matrice, des images de fil où la matrice est placée réellement, et l'époxyde d'encapsulation qui entoure et protège la matrice, et disperse également la lumière (Fig. 4). La matrice est collée avec de l'époxyde conducteur dans une cavité dans la moitié des images de fil, appelé l'enclume due à sa forme. La cavité dans l'enclume est formée pour jeter le rayonnement léger en avant. Le contact supérieur de la matrice est fil métallisé sur l'autre borne d'images de fil, le poteau.
La construction mécanique de la lampe à LED détermine le diagramme de rayonnement de dispersion ou de la lumière. Un diagramme de rayonnement d'étroit (Fig. 5) semblera très lumineuse quand le sur-axe vu, mais l'angle de vision ne sera pas très large. La même LED meurent pourrait être montée pour donner un angle de vision plus large, mais l'intensité de sur-axe sera réduite. Cette différence est inhérente à tous les indicateurs de LED, et peut être facilement donnée sur. La luminosité élevée LED avec un 15° à 30° l'angle de vision sont un bon choix pour un panel de l'information directement devant un opérateur, mais un indicateur de direction large ou un tableau de bord des véhicules à moteur pourrait exiger aussi au loin un angle que 120°.
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| Fig. 5 Diagramme de rayonnement étroit d'indicateur de LED | Fig. 6 7-segment, 14 segmentent, 16 segmentent, et des types de chiffre de la matrice 5x7 |
Le chiffre afficheur numérique 7 segments du familier souffre réellement d'un terme mal approprié, car il y a presque toujours un 8ème segment pour la virgule décimale. Les afficheurs alphanumériques moins familiers de «starburst» sont pareillement mentionnés comme 14 et 16 de segment chiffres de segment, ignorant le virgule décimale encore. Les afficheurs de Starburst fournissent une manière économique de montrer les pleins 26 caractères de l'alphabet romain, dans le haut de casse, aussi bien que les numéros 0-9. La différence entre le segment 14 et les 16 types de chiffre de segment est que le dessus et la barre inférieure est dédoublé sur le chiffre de 16 segments, améliorant l'aspect de quelques caractères (Fig. 6).
La matrice 5x7 est bien plus souple, capable de montrer l'alphabet romain dans les deux majuscule et minuscule aussi bien qu'un large des symboles. La différence de la qualité d'afficheur est montrée dans Fig. 7, qui compare l'utilisation montrée par caractères la carte de police de la matrice 5x7 du driver d'afficheur de la Maxime MAX6952/3 à l'utilisation montrée par caractères la carte identique de police du driver d'afficheur de Starburst de la Maxime MAX6954/5. La matrice 5x7 est insatisfaisante pour les caractères (Chinois-Japonais-Coréens) de CJK, et une granularité de police de 12x12 est souvent citée comme résolution minimum.
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| Fig. 7 Comparer des caractères de la matrice 5x7 et du Starburst | |
Les chiffres d'afficheur alphanumérique numérique et de la plupart de LED sont réellement des hybrides, montant les chips multiples de LED dans un paquet. Quelques chiffres très petits d'afficheur (par exemple la calculatrice de «bulle-top» montre populaire dans les années 70) sont monolithiques. L'une ou l'autre manière, la forme de chaque segment est définie par un réflecteur et la pipe légère montée autour de la LED die, pas par la matrice elle-même. La petite utilisation une d'afficheurs meurent par segment d'afficheur, alors que les grands afficheurs peuvent utiliser 2 paillettes ou plus par segment à la diffusion la lumière effectivement et montrer l'intensité raisonnablement uniforme à travers le segment.
Dans le processus de fabrication, les chips sont montés sur des châssis de fil ou un circuit imprimé, et le fil métallisé sur un modèle d'intercommunication. La paillette est pâte conductrice montée d'utilisation, parce que le substrat de matrice forme un des deux raccordements de diode (Fig. 8). Le modèle d'intercommunication connecte habituellement l'anode ou les raccordements de chip de la cathode LED ensemble pour réduire le nombre de goupilles requises pour le chiffre. En conséquence, des afficheurs désigné sous le nom des types de CA (anode commune) ou de CC (cathode commune), et les drivers d'afficheur de circuit intégré spécifieront un type ou l'autre (Fig. 9).
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| Fig. 8 En montage une LED die pour former un segment de chiffre | Fig. 9 Anode commune et cathode commune LED types chiffres |
La méthode d'châssis de fil de construction est semblable à cela utilisée pour la fabrication de circuit intégré. Les images sont normalement acier plaqué par argent gravé à l'eau-forte, fournissant la bonnes conduction de chaleur et réflexion de la lumière. Le canal de réflecteur formant la pipe légère pour chaque segment est époxyde rempli pendant la construction, et l'époxyde assure la force mécanique et la protection de l'environnement à l'afficheur.
Une méthode meilleur marché de construction emploie un type substrat de circuit imprimé au lieu des châssis de fil. Les afficheurs ont établi de cette façon désigné souvent sous le nom des types de «bâton», parce que la méthode est utilisée généralement pour établir des afficheurs de multi-chiffre, par exemple l'horloge à 4 chiffres LED. La construction de bâton permet à l'afficheur d'être établi sans suffisance époxyde, qui sauve le coût mais les feuilles l'afficheur susceptible de la dégradation des contaminants.
Caractéristiques électriques et optiques de LED
Le comportement électrique de la LED est semblable à d'autres diodes de semi-conducteur. La tension vers l'avant est plus haute, et est différente pour les différentes matières employées pour différentes couleurs (Fig. 10). La tension vers l'avant monte avec le courant, et tombe avec la température par environ 2mV/°C. Et, comme tous les semi-conducteurs, la LED doit être sous-sollicitée à des températures de fonctionnement plus élevées.
Le comportement optique de la LED varie de manière significative avec la température. D'abord, la quantité de lumière émise par la lampe à LED tombe en tant qu'échauffements de jonction. C'est en raison d'une augmentation de la recombinaison des trous et des électrons qui n'apportent aucune contribution à l'émission légère. En outre, la longueur d'onde émise change également avec la température, principalement due au domaine d'énergie de semi-conducteur changeant avec la température.
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| Fig. 10 La tension vers l'avant de LED varie avec la couleur et le courant | Fig. 11 Rendement lumineux de LED contre le courant |
Drive de la LED: Drive statique et drive multiplex
La manière la plus facile de conduire la LED multiple, telle que des segments de chiffre d'afficheur, est de conduire chaque LED séparément, chacune avec une résistance ou source courante plaçant le courant vers l'avant. Cette technique s'appelle la drive statique parce que le courant de LED est continu. La drive statique est utile quand relativement peu de LED sont conduites, avec la limite sensible étant environ deux 7 chiffres de segment. Le rendement élevé LED peut être conduit à la luminosité élevée avec 2mA, qui est fourni par les ports de rendement de la plupart des microcontrôleurs.
Quand beaucoup de segments doivent être conduits, la drive statique exige un numéro peu économique des sorties d'drive, 1 par LED. Le multiplex, ou la drive d'impulsion réduit les raccordements d'drive par «strobing» seulement un nombre restreint de segments (typiquement un chiffre complet) à la fois. L'strobing est fait haut à assez de tarifs de répétition que l'œil perçoit l'illumination continue. Cependant, la LED doit être conduite à un courant plus élevé pour compenser le coefficient d'utilisation réduit.
Un avantage du drive d'impulsion est que l'œil humain se comporte comme partiellement intégration et photomètre partiellement maximal du relevé. En conséquence, l'œil perçoit la lumière rapidement pulsée quelque part entre la crête et la luminosité moyenne. Ceci signifie qu'une basse impulsion de coefficient d'utilisation de lumière de forte intensité semble plus lumineuse qu'un signal de courant continu égal à la moyenne du signal pulsé. Par conséquent un avantage de fonctionnement multiplexé est une amélioration de l'intensité d'afficheur pour une consommation de puissance moyenne donnée.
L'efficacité d'une LED monte typiquement avec le courant vers l'avant, présumant la température de jonction constante. Ce n'est pas toujours le cas cependant, et des fiches techniques de LED devraient être examinées (et comparées) soigneusement quand choisir le courant de pointe optimum (Fig. 11). Cependant, se multiplier peut souvent fournir 1.5 fois le rendement lumineux du courant moyen d'entraînement du cycle, comparé au niveau équivalent de courant continu.
À mesure que les courants d'drive de LED augmentent pour le multiplexage, les températures internes dans le chip augmentent également. Il y a un point où l'effet de l'augmentation de la température est tel que la baisse dans l'efficacité de conversion de photon, due à la température plus élevée, nie l'effet de la densité de courant accrue par la jonction. En ce moment les courants croissants d'drive peuvent avoir comme conséquence peu, aucun changement, ou même diminutions des intensités lumineuses du chip de LED.
Le raccordement standard pour multiplexer des chiffres de LED utilise une goupille séparée pour chaque raccordement commun de cathode de digit, alors que les raccordements de segment d'anode commoned à travers tous les chiffres (Fig. 12). Le nombre de raccordements requis peut être calculé en tant qu'étant 1 pour chaque chiffre utilisé, plus 1 pour chaque segment dans un chiffre. Un arrangement goupille-efficace se fonde sur le fait qui pendant le fonctionnement multiplex, seulement un rendement d'entraînement de chiffre est réellement en service. En faisant aux clavettes de LED le devoir alternatif entre conduire des chiffres et des segments, des boîtiers de n peuvent être employées pour conduire des chiffres chacun de n avec les segments n-1. Cette technique est employée dans le driver de la maxime MAX6951 LED pour conduire 8 chiffres numériques avec seulement 9 boîtiers (Fig. 13).
Fig. 12 Raccordements standard pour le multiplexage
Fig. 13 Réduit boîtier-compter le multiplexage - les raccordements MAX6951
