5.3.1. Индикаторы на основе светодиодов

Успехи в разработке технологии получения светодиодов привели к созданию индикаторов, излучающих в красной, оранжевой, желтой и зеленой частях спектра. Основными материалами для подобных приборов являются GaAs1-хРх (варьируя х от 0,4 до 1 удается менять цвет излучения индикатора от красного до зеленого), GaP (при легировании его азотом возникает зеленая люминесценция, а при легировании цинком и кислородом — красная), а также SiC (желтое свечение). До недавнего времени наибольшие трудности вызывало изготовление светодиодов, обладающих более коротковолновым излучением. Тем не менее индикаторы на основе SiC, излучающие свет в голубой области спектра, уже начали выпускать серийно, причем по мере совершенствования технологии производства их стоимость все больше снижается, приближаясь к стоимости светодиодов других цветов свечения.

Общим преимуществом полупроводниковых индикаторов перед индикаторами других типов является низкое рабочее напряжение, что позволяет непосредственно стыковать светоди-оды с интегральными полупроводниковыми схемами управления. У светодиодов большой срок службы (до 1·10б ч), высокое быстродействие (10–8 —10–9 с), широкий диапазон рабочих температур (от —60о до +125° С).

Подпись: Рис. 5.6. Конструкция индикатора на основе светодиодов:
1 — отображаемые сегменты; 2—свето¬рас¬сеива¬ющий  материал;  3—светодиоды; 
4 — пла¬стмассовая       подложка;
5 — электрические выводы

Разработаны полупроводниковые индикаторы с управляемым цветом свечения. Так, на основе GaP изготавливается прибор с двумя р-п-переходами, легированными различными акцепторными примесями. Каждый р-п-переход имеет отдельные выводы, что позволяет регулировать воспринимаемый глазом цвет свечения от зеленого до красного. Существуют и другие способы вариации цвета свечения полупроводниковых индикаторов: встречно-параллельное включение двух светодиодов, излучающих в разных областях спектра, использование антистоксовых люминофоров (преобразующих инфракрасное излучение одного из светодиодов в видимое), изготовление р-п-переходов, спектр излучения которых имеет не один, а два максимума, причем отношение интенсивностей этих полос определяется протекающим через переходом током.

В зависимости от требуемых размеров полупроводниковые индикаторы изготавливают в монолитном или в гибридном исполнении. В первом случае знаковые индикаторы с размерами символов до 3 мм представляют собой блок светодиодов, выполненный на одном полупроводниковом кристалле. Для создания панелей больших размеров используют гибридную технологию, при которой осуществляют сборку отдельных светоизлучающих диодов в пластмассовом (полимерном) корпусе (рис. 5.6).

Поскольку размеры излучающей области светодиодов малы (около 0,3×0,3 мм2), в полупроводниковых индикаторах широко используют светорассеивающие пластмассовые среды, а также линзы и рефлекторы. Это позволяет не только увеличить размеры светящегося знака (до 10 мм), но одновременно резко снизить потери на внутреннее отражение при выходе излучения из индикатора.

Вольт-амперная характеристика светодиода аналогична вольт-амперной характеристике полупроводникового диода. Допустимое обратное напряжение, подаваемое на светодиод, невелико (не более 3—7 В). Постоянное прямое напряжение, прикладываемое к светодиоду, обычно равно 1—2 В.

Яркость светодиода зависит от его конструкции, тока через прибор. Обычно яркость изменяется от 10 до 50 кд/м2, хотя имеются сведения о разработке излучателей с яркостью 250 кд/м2 и выше. В зависимости от цвета свечения световая отдача серийных полупроводниковых индикаторов составляет 0,1 — 1 лм/Вт, энергетический выход оказывается при этом равен 0,1— 0,5%. Перспективы повышения к. п. д. светодиодов определяются решением задачи увеличения доли излучательных рекомбинаций в светодиодной структуре. Реально достижимый внешний энергетический выход составляет десятки процентов. Это соответствует световой отдаче 300—500 лм/Вт—для светодиодов с зеленым и 100 лм/Вт — с красным цветами свечения.

Набор выпускаемых полупроводниковых индикаторов чрезвычайно велик. Среди изделий этого типа — одиночные светодиоды, сегментные и матричные индикаторы, мнемосхемы и др. Большое распространение получили светодиодные цифровые индикаторы для микрокалькуляторов и электронных часов.

На основе светодиодов выпускают модули для экранов систем отображения информации. Число светящихся элементов в таких излучателях может достигать 100 х 100 и больше. В то же время вследствие достаточно высокой крутизны вольт-амперной характеристики светодиода, а также из-за сильной зависимости яркости от температуры особую остроту приобретает задача обеспечения идентичности параметров всех излучателей модуля. Трудности обеспечения однородности параметров отдельных светодиодов модуля существенным образом сказываются на его стоимости, в результате она оказывается заметно выше стоимости экранов, работа которых основана на иных физических принципах. Кроме того, световая отдача существующих светодиодных экранов невелика (менее 1 лм/Вт), и поэтому рассеиваемая такими экранами мощность (даже без учета затрат на функционирование системы управления) оказывается выше, чем у экранов практически всех других типов (кроме газоразрядных).

Введение в оптоэлектронику


*****
© Банк лекций Siblec.ru
Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.