LED para sistemas informativos modernos: Problemas, teoria e realidade
O artigo é o resultado da pesquisa longa no laboratório fotométrico do LED dos vários fabricantes no mundo inteiro. Desde o LED a seleção para aplicação crítica como telas do vídeo é um dos fatores principais que determinam o sucesso comercial do projeto, o artigo tem grande teórico e também méritos práticos.
Sumário
A tecnologia para a produção de dispositivos optoeletrônicos baseados no semicondutor LED tem-se tornado intensiva. Em conseqüência, estes dispositivos são amplamente utilizados em sistemas de indicação de luz informativos. O LED gabar-se uma escala larga da cor, irradiação poderosa da liga com toda a forma da distribuição espacial, pode fornecer qualquer gradação de cor em uma escala dinâmica larga da intensidade que lhes faz a fonte de luz ideal para aplicações numerosas.
Tal variedade larga de parâmetros do LED foi tornada possível após ter resolvido diversos problemas técnicos na estrutura do LED. Este artigo fornece a análise do LED e a estrutura, discute resultados de teste e as tendências futuras na produção do LED.
Fontes de luz do semicondutor
Todas as fontes de luz do semicondutor moderno são junção P-N baseado que irradiam quantum de luz. Aqui nós centrar-nos-emos somente sobre aquelas maneiras de criar o junção P-N que pode se emitir o quantum da radiação eletromagnética quando a corrente elétrica corre através d.
Estas são heteroestruturas com o junção P-N das áreas largas onde a largura de zona restrita excede o 1.9 eV. As heteroestruturas foram criadas já que podem irradiar no todo da escala visível, das escalas infravermelhas e ultravioletas do fim. Uma escala larga da cor combinada com a irradiação poderosa e toda a forma da distribuição espacial fazem a LED uma fonte de luz extremamente atrativa com muitas aplicações potenciais.
LEDs
O LED é um semicondutor baseado em cristal irradiante que transforma a energia elétrica na luz. O LED irradia dentro de um espetro relativamente estreito (até 25-30 nm) na escala da distribuição espectral da densidade luminosa e pode conseqüentemente ser caracterizado como uma radiação monocromática quase.
Uma variedade tremenda de LED foi criada com base nestes cristais do semicondutor com as junçãos P-N. A estrutura do LED determina o sentido, a distribuição espacial, parâmetros luminosos da intensidade, os elétricos, os térmicos, os energéticos e o outro da radiação de um cristal do semicondutor. Naturalmente, todos estes parâmetros são interconectados.
O estudo de laboratório detalhado dos LED de formas e de propósitos diferentes dos vários fabricantes reservou fazer algumas conclusões importantes sobre a qualidade e áreas de aplicações do LED.
Ultimamente, os LED são usados progressivamente nas luminárias, iluminação artística, indicadores de luz criticamente essenciais. Isto tem possível tornado devido a um aumento rápido na vida energética dos parâmetros, da confiabilidade e de serviço destas fontes de luz monocromáticas quase. Os fatores que fazem o LED insubstituível para o uso em telas do de cor completa e em outros dispositivos informativos incluir o consumo de baixa energia, baixo custo do sistema ótico que dá forma ao diagrama da distribuição de luz e ao controle fácil. Entretanto o fator essencial é a percepção visual da luz de LED pelo olho humano. Todos estes fatores serão discutidos no grande detalhe neste artigo.
Teoria: Características da luz, as técnicas e as elétricas de LED modernos dos vários fabricantes
A unidade a mais comum que caracteriza parâmetros da energia do LED é a emissão de luz da linha central. Entretanto este valor não tem nenhum significado a menos que o ângulo da radiação for especificado relativo a um determinado nível do máximo da emissão de luz da linha central.
Tipicamente, o ângulo da radiação é a uma metade da emissão de luz máxima. Estes dois parâmetros: o ângulo da radiação e a emissão de luz axial dado-nos a idéia aproximada em que sentido e como forte ser emissão de luz em ângulos de visão diferentes. A determinar mais exatamente a intensidade luminosa em todo o ângulo de observação, relação de dupla coordenada é usado. É chamado igualmente freqüentemente índice elipsóide ou função do indicador (ver Fig. 1).
Fig. 1 Índice elipsóide para o LED com a lente oval em coordenadas polares.
(Os planos de radiação vertical (ângulo menor) e horizontal (ângulo maior)
são mostrados.
A intensidade luminosa é uma característica importante da energia da radiação do LED. Determina-se como uma integral de toda a energia sob a função especial do indicador da radiação. É este parâmetro que é mostrado o mais geralmente por fabricantes do LED em suas folha de dados. Isto é especialmente verdadeiro sobre dispositivos poderosos com ângulo largo da radiação e distribuição espacial uniforme perto da distribuição de Lamberto. Entretanto, mesmo neste caso é impossível avaliar confiantemente a distribuição do fluxo de luz dentro do diagrama e, para determinar conseqüentemente exatamente a intensidade luminosa do LED.
A maioria de fórmulas matemáticas simples usadas por usuários do LED estão absolutamente incorretas e conduzem aos erros sérios em características de avaliação da energia em dispositivos do baseado em LED. Isto é evidente nos diagramas assimétricos calculadores da distribuição da radiação (por exemplo LED com lentes ovais) e na função do indicador do ângulo estreito LED. Conseqüentemente, vale a pena olhar na assunto de perto e considera alguns métodos para determinar a emissão de luz e a sua relação com outras unidades fotométricas porque somente a medida direta deste valor pode conduzir a sua maior exatidão.
A experiência clássica em medir o integrador esférico usando do fluxo de luz cheio chama encontrando fontes de luz no centro da esfera. Mas mesmo neste caso a relação entre o lúmen padrão é duvidoso devido aos erros causados por características espectral e zonal não uniforme da superfície interna da esfera. Conseqüentemente, os dados os mais exatos e os mais informativos podem ser usando coletado um método da varredura espacial do fluxo luminoso.
Os instrumentos necessários para este são goniofotômetro com suficiente resolução e cabeça fotométrica com um coeficiente medido da transformação. O método é baseado em uma rotação gradual do LED e de medir sua intensidade luminosa em vários ângulos do pré-ajuste. Menor o pitch da rotação de encontro ao fotômetro, mais baixo é o erro de medida e mais exata é a distribuição angular. Os goniofotômetros modernos têm geralmente um pitch de 3 a 10 minutos. Simultaneamente a intensidade luminosa axial e sua distribuição espacial são medidas. Esta é a maneira de calcular o fluxo de fluxo.
Os LEDs são descritos na energia ambos e em parâmetros colorimétricos. Para saber estes parâmetros é essencial para a renderização de cores apropriada em todo o sistema informativo eletrônico, dispositivos da luz e do indicador, luzes arquitetônicas, etc.
O CIE (Comitê Internacional de Iluminação) espaço de cor de 1931 XYZ, desenvolvido em 1931, é usado ainda como uma referência padrão definindo cores; e como uma referência para outros espaços de cor. Como foi dito já, os LED têm um pouco a cinta estreita (quase-monocromática) da radiação com meio espetro da largura dentro do somente 15-30 nm. O diagrama de cromaticidade do CIE, derivado deste espaço de cor, é mostrado abaixo. O diagrama é um lote bidimensional das cores da intensidade constante baseadas na resposta visual do observador CIE-1931 padrão, que foi determinado por medições fisiológicas da visão de cor humana.
Desde que o olho humano tem três tipos de sensor da cor que respondem às escalas diferentes dos comprimentos de onda, um trama completa de todas as cores visíveis é uma figura 3D. Isto é inconveniente para desenhar em uma 2D folha de papel; assim para a conveniência o CIE transformou o espaço de cor 3D em duas dimensões artificiais da cor (coletivamente chamado de cromaticidade) e em uma da intensidade; e tomou então uma 2D fatia através deste espaço a nível de intensidade máxima. Esta fatia transformou-se o diagrama de cromaticidade.
Deve-se anotar que todas as características do LED descritas acima estão na interdependência direta, conseqüentemente, em regra geral, simplesmente sua totalidade torna possível julgar corretamente vários parâmetros do LED. Entretanto, para determinar o mais exatamente a qualidade, a durabilidade e a correspondência dos parâmetros do LED declarados pelo produtor são possíveis somente depois a condução do complexo das medidas e dos cálculos de suas características.
