Реферат: Светоизлучающие диоды - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Светоизлучающие диоды

Банк рефератов / Физика

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Microsoft Word, 1651 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

Оглавление Цель работы 3 Введение 3 Физические основы работы светоизлучающих диодов 4 Инжекция неосновных носителей тока 4 Вывод света из полупроводника 7 Основные полупроводниковые материалы , используемые в производстве светоизлучающих диодов 10 Арсенид галлия 10 Фосфид галлия 11 Светоизлучающиие диоды 12 Области применения и требования к приборам 12 Светоизлучающий кристалл 13 Устройство светоизлучающих диодов 15 Светоизлучающие диоды с управляемым цветом свечения 17 Элек тролюминесцентные лампы 20 Индикаторы состояния 20 Индикаторы на светодиодах 23 Список и спользованной литературы 26 Цель работы Полупроводниковые светоизлучающие диоды — новый класс тверд отельных приборов , в которых электрическая энергия непосредственно преобразуется в световую . В основе действия— инжекционная электролюминесценция , эффективная в соединениях типа А III В V . Огромный интерес , проявляемый к светоизлучающим диодам специалистами в области радиоэлектроники , отображения информации , оптоэлектроники , обусловлен их замечательными характеристиками : высокой эффективностью преобразования электрической энергии в световую , высоким быстродействием , малым потреблением энергии , надежностью , бол ь шим сроком службы , высокой устойчивостью к механическим и климатическим воздействиям . Цель реферата узнать о современных достижениях в области создания излучающих структур на основе соединений типа А III В V и приборов на их основе ; ознакомиться с устройством светоизлучающих диодов , знаковых индикаторов , излучающих диодов инфракрасного диапазона ; рассмотреть основные области применения полупроводниковых светоизлучающих приборов ; Введение С вет играет исключительно важную роль в жизн и и производственной деятельности человека . Поэтому постоянно актуальна проблема создания высокоэффективных и надежных источников света. Полупроводниковая электроника до недавнего време-ни могла решать задачи преобразования электрические сигналов в электри ческие (диоды , транзисторы , тиристоры и т . п .) и оптических сигналов в электрические (фотодиоды , фототранзисторы и т . п .). В последние го ды в результате синтеза и исследования новых полупроодниковых соединений типа A III B V была решена задача преобразования электрических сигналов в оптиеские и созданы новые источники света — полупроводни ковые светоизлучающие диоды , действующие на основе излучательной рекомбинации инжектированных р— n- переходом носителей. Современные полупроводниковые светоизлучающие диоды ха рактеризуются высокими техническими ха рактеристиками : высокой яркостью (тысячи кандел на квадратный метр ) и высокой эффективностью преобраования электрической энергии в световую (до единиц люмен на ватт ); высоким внешним квантовым выходом излучения (до 4 5 % в инфракрасном диапазоне ); сов местимостью по входным параметрам с транзисторными микросхемами , а по спектру излучения диодов ин фракрасного диапазона — с фотоприемниками на осно ве кремния ; высоким быстродействием (до единиц наносекунд ); надежностью и б ольшим сроком службы (до сотен тысяч часов ). Вследствие этого они имеют обширные и многообразные области применения. Более 100 лет прошло с момента создания лампы на каливания , получившей чрезвычайно широкое распротранение . В настоящее время светоизлучающи е диоды вытесняют лампы накаливания в таких областях , как визуальная индикация и подсветка в устройствах ото бражения информации . Светоизлучающие диоды широко применяются также для внутрисхемной и панельной индикации состояния электронных схем , в системах записи информации на фотопленку , в фотоэлектрических устройствах , в измерительной технике для создания бес стрелочных шкал и т . п. Созданные на основе светоизлучающих р— n- переходов многоэлементные знаковые индикаторы широко используются в быстродействующих системах отображения информации , в вычислительной технике , автоматке , радиоэлектронике и позволяют вывести цифро-буквенную и графическую информацию. Диоды , излучающие в инфракрасной области спектра (ИК диоды ), положили начало развитию новой области электр оники — твердотельной оптоэлектроники . Они широко применяются в оптронах различного типа в позиционно-чувствительных фотоэлектрических устройствах , в устройствах автоматического управления , в устройствах ввода — вывода данных вычислительной техники , в сис т емах оптической связи и т . п . Создание светоизлучающих диодов со столь высокими техническими характеристиками и разнообразного назначения стало возможным в результате взаимосвязанного развития физических исследований , материаловедения соединений A III B V и п олупроводниковой тех нологии . Синтез полупроводниковых соединений , изу чение их физико-химических свойств , в том числе меха низмов излучательной рекомбинации в связи со структу рой зон и легированием , позволили осуществить выбор основных материалов для со з дания излучающих дио дов различного назначения . Разработка новых эпитаксиальных методов выращивания слоев бинарных соеди нений и многокомпонентных твердых растворов , а также гомо - и гетеропереходов на их основе , позволила опти мизировать устройство прибор о в и повысить их эффек тивность . Получение объемных монокристаллов соеди нений позволило разработать высокопроизводительную технологию производства приборов. На основе успешных физических и технологических исследований , а также конструкторских разработок в настоящее время в СССР и за рубежом создана мощная промышленность по производству полупроводниковых соединений типа А III В V эпитаксиальных структур и светоизлучающих приборов на их основе. Физические основы работы светоизлучающих диодов Инжекция неосновных носителей тока В основе работы полупроводниковых светоизлучаю-щих диодов лежит ряд физических явлений , важнейшие из них : инж екция неосновных носителей в активную область структуры электронно-дырочным гомо - или гете-ропереходом ; излучательная рекомбинация инжектированных носителей в активной области структуры . В настоящей главе будут рассмотрены важнейшие физические явления , на основе которых функционирует светоизлучающий диод и которые необходимо учитывать при конструировании приборов различного назначения. Явление инжекции неосновных носителей служит основным механизмом введения неравновесных носителей в активную область структ уры светоизлучающих диодов (недаром эти приборы часто называют инжекционными источниками света ). Вопросы физики протекания инжекционного тока в р— n- переходах рассмотрены в ра ботах Шокли и многих монографиях . В обобщенном виде инжекция носителей р— п- перех одом может быть представлена следующим образом. Когда в полупроводнике создается р— n- переход , то носители в его окрестностях распределяются таким образом , чтобы выров-нять уровень Ферми . В области контакта слоев p - и n - типов элек-троны с доноров переходят на ближайшие акцепторы и образуется дипольный слой , состоящий из ионизованных положительных доно-ров на n- сторон и ионизованных отрицательных акцепторов на р -стороне . Электрическое поле дипольного слоя созда-ет потенциальный барьер , препятствующий дальнейшей диффузии электрических зарядов. При подаче на р— n- переход электрического смещения в прямом направлении U потенциальный барьер понижается , вследствие чего в р-область войдет до бавочное количество электронов , а в n- область — дырок . Такое диффузионное введение неосновных но сителей называется инжекцией. Концентрация инжектированных электронов на границе р— n- перехода и р-области n'(х p ) определяется выражением п '(Хр )= np * exp (е U / kT ), (1) где n р — концентрация равновесных электронов в р-области ; k — константа Больцмана ; Т— температура : e — заряд электрона . Концентрация инжектированных носителей зависит только от равновесной концентрации неосновных носителей и приложенного напряжения. Поско льку инжектированные носители рекомбинируют с основ ными носителями соответствующей области , то их концентрация п ' р в зависимости от расстояния от р— n- перехода изменяется следующим образом (для электронов в р-области ): n' p =n(x p )exp[-(x-x p )/L n ], ( 2) где L n — Диффузионная длина электронов . Как следует из формулы (2). концентрация избыточных носителей экспоненциально спадает по мере удаления от р— n- перехода и на расстоянии L n (L р ) уменьшается в e раз , где e 2,72 (основ ание натурального лога рифма ). Диффузионный ток In , обусловленный рекомбинацией инжек тированных электронов , описывается выражением I n =eD n n p [exp(eU/kT)-1]/L n (3) где D n — коэффициент диффузии электронов . Диффузионный ток дырок I n описывается аналогичны м выражением . В случае , когда существенны оба компонента тока (электронный и дырочный ), об щий ток I описывается формулой I = (I n0 + I р 0 )*[exp(eU/kT) - 1], (4) где I n0 = eD n *n p /L n ; I p0 =eD p *p n /L p . (5) Особенность решения вопросов инжекции при кон струировании светоизлучающих диодов , в которых , как правило , одна из областей p — n- структуры оптически активна , т.е . обладает высоким внутренним квантовым выходом излучения , заключается в том , что для полу чения эффективной электролюминесценции вся инжек ци я неосновных носителей должна направляться в эту активную область , а инжекция в противоположную сто рону-подавляться. Если активна область р-типа , то необходимо , чтобы электронная составляющая диффузионного тока преоб ладала над дырочной , а интенсивность р екомбинации в области объемного заряда была низка . Коэффициент инжекции п , т.е . отношение электронной компоненты тока I n0 к полному прямому току I=I n0 +I p0 , определяется по формуле n =L p N d /[L p N d +(D p /D n )*L n A a ], (6) где N d и N a — концентрации доноров и акцепторов в л - и р -областях . Из выражения (6) следует , что для получения величины п , близкой к 1, необходимо , что бы N d >>N a , L p > L n , D n > D p . Решающую роль , безус ло вно , имеет обеспечение соотношения N d >> N a . Однако повышение концентрации носителей в инжектирующей области имеет свои пределы . Как правило , значения N d (или N a ) не должны превышать (1 — 5) • I 0 19 см- 3 , так как при более высоком уровне легирования возрастает концентрация дефектов в материале , что приводит к увеличению доли туннельного тока и ухудшению , тем самым , инжектирующих свойств р— n- перехода . Как будет видно из дальнейшего изложения , для повышения внутрен него квантового выхода излучательной рекомбинации в прямо-зонных полупроводниках необходимо повышать концентрацию носителей и в активной области , в связи с чем возникают дополнительные трудности с обеспечением одностороннего характера инжекции . Таким образом , в гомопереходах существуют трудности по обес п ечению высокого коэффициента инжекции носителей в активную область , обусловленные противоречивыми требованиями к легированию p- и n- областей структуры для достижения высокого коэффициента инжекции и максимального квантового выхода электролюминесценции в ак тивной области . В некоторых полупроводниках высокий коэффициент инжекции носителей в одну из областей р— n- перехода может быть обеспечен разницей в подвижности элект ронов и дырок . Так , в GaAs и других прямозонных соединениях высокий коэффициент инжекции эл ект ронов в р-область может быть осуществлен за счет более высокой подвижно сти электронов. Следует отметить , что в последнее время появи лись светоизлучающие диоды , в которых люминесцируют обе области p — n - перехода , а также область пространственного заря да , и от эффективности излучательной рекомбинации в этих областях зависят важные характеристики : цвет свечения , сила света и т . п . В этом случае инжекция носителей в обе области должна носить дозированный характер , что предъявляет высокие требования к точ н ости легирования областей p — n- структуры. Кардинальное решение проблемы односторонней инжекции дают гетеропереходы . Свойства гетеропереходов , возникающих на границе раздела двух полупро водников с различной шириной запрещенной зоны , описаны в ряде моногра фий . В зонной модели резкого n — р - и р— n- гетероперехода в отличие от зонной модели гомоперехода вследствие разности электронного сродства контактирующих веществ появляются разрывы в валентной зоне E и зоне проводимости E c . Наличие этих потенциальных барьеров при смещении перехода в пропускном направлении приводит к односторонней инжекции носителей тока из широкозонного материала в узкозонный практически независимо от у ровня легирования n - и p - областей . Для обеспечения односторонней инжекции носителей с помощью гетероперехода достаточна разница в ширине запрещенной зоны около 0,1 эВ , так как отношение I n / I p пропорционально ехр ( E g /kT). Другая особенность гетеропереходов заключается в возможности получения в узкозонном полупроводнике концентрации инжектированных носителей , превышающей концентрацию основных носителей в широкозонном полупроводнике . Этот эффект называется суперинжекцией . Явление с уперинжекции позволяет получить в активной области высокую концентрацию инжектированных носителей , недостижимую с помощью гомоперехода . В некоторых случаях о явлении суперинжекции говорят и тогда , когда концентрация инжектированных носителей в активной об л асти при наличии гетероэмиттера превышает концентрацию носителей в активной области при том же токе в случае гомоперехода. Для инжекции неосновных носителей в активную область структуры применяется также контакт металл — полупроводник (барьер Шоттки ) или м еталл — диэлектрик — полупроводник . Такой контакт создают в тех случаях , когда получение р— n- перехода невозможно , например при использовании полупроводниковых соединений типа A II B VI ( ZnS , ZnSe ), GaN и др . Эффективность инжекции носителей в полупроводник у барьеров ' Шоттки весьма низка (не превышает 1%), что приводит к малым значениям КПД излучающих диодов даже при высоких значениях внутреннего квантового выхода излучения . В связи с этим барьеры Шоттки не нашли широкого применения при изготовлении излучающи х диодов. Помимо инжекции существует еще один механизм возбуждения электролюминесценции — это ударная ионизация при обратном смещении р— n- перехода до напряжения электрического пробоя . Этот механизм введения неравновесных носителей менее эффективен , чем инже кционный , из-за участия в нем разогретых носителей , которые часть энергии возбуждения передают решетке полупроводника . Кроме того , ударная ионизация требует высоких напряжений на р— n- переходе , вызывающих сильный перегрев р— n- перехода , который в отсутствие достаточного теплоотвода от кристалла может приводить к тепловому пробою и выходу прибора из строя. Вывод света из полупроводника Из светоизлучающего кристалла может быть вывед ена только часть генерируемого р — n- переходом излучения в связи со следующими основными видами потерь : 1) потери на внутреннее отражение излучения , падающего на границу раздела полупроводник — воздух под углом , большим критического ; 2) поверхностные потер и на френелевское отражение излучения , падающего на границу раздела под углом , меньшим критического ; 3) потери , связанные с поглощением излучения в приконтактных областях ; 4) потери на поглощение излучения в толще полупроводника.Наиболее значительны поте ри на полное внутреннее отражение излучения . В связи с большим различием показателей преломления полупроводника n п и воздуха n a доля выходящего излучения определяется значением критического угла пр между направлением светового луча и нормалью к поверхности : пр = arcsin n -1 , где n = n n /n в . Для полупроводников GaAs и GaP значения показателя преломления составляют соответственно 3,54 и 3,3, а значения критического угла пр ра вны примерно 16 и 17,7°. Излучение , падающее на поверхность раздела полупроводник — воздух под углом , меньшим критического , выводится из кристалла , а под углом , большим критического , испытывает полное внутреннее отражение . Если коэффициент поглощения света веществом кристалла велик , то все отраженное световыводящей поверхностью излучение поглотится внутри кристалла . Если же полупроводник прозрачен для генерируемого излучения , то свет , отраженный верхней , нижней , а также боковыми гранями кристалла , может по в торно (и не один раз ) падать на светоизлучающую поверхность частично выводиться из кристалла в соответствии с долей света , подходящей к световыводящей поверхности под углом , меньшим критического. Долю светового излучения , которая может быть вы ведена через верхнюю поверхность кристалла плоско конфигурации при первом падении световой волны , определяют по формуле F = sin 2 ( пр /2) Т ср , (7) где Т ср — средний коэффициент пропускания света по верхностью кристалла для л учей , падающих на границу раздела под углом , меньшим критического . Коэффи циент пропускания света , падающего нормально к поверхности , определяется по формуле Френеля Т =4* n (1+ n ) -2 (8) и равен 'для границы GaAs — воздух — 0,69; GaP — воздух — 0,715. Так как вблизи критического угла про пускание уменьшается , то можно ожидать средний коэффициент пропускания соответственно Т cр 0,67 и 0,695. Как следует из формулы (1.16), значение величины F для таких полупроводников , как GaAs и GaP, находится в пределах 1,3 — 1,65 %. Малое значение величины F для кристаллов плоской конфигурации послужило причиной поиска различных путей повышения внешней оптической эффективности светоизлучающих диодов . В настоящее время существует несколько таких путей, кратко их рассмотрим. 1. Применение такой геометрии кристалла , чтобы большая часть излучаемого p — n- переходом света па дала на границу раздела под углом , меньшим критиче ского. В качестве примеров такой геометрии могут служить полусферический кристалл , усе ченная сфера (сфера Вейерштрасса ) и другие . В этих конструкци ях кристалла размер р— n- перехода существенно мень ше диаметра полусферы , что и позволяет получать ма лое отклонение падающего на поверхность луча от нор мали к поверхности . Если провести расчет , при некоторых допущенных (не учитывать поглощение света в толще материала , отраженное поверх ностью полупроводника излучение считать полностью поглощенным ), то он покажет , что использование кристаллов полусферической геометрии позволяет увеличить вывод и злучения из кристалла в воздух до 34 % всего генерируемого излучения . Полусферическую конфигурацию кристалла эффективно применять в тех случаях , когда поглощение света в толще полупроводника мало . Такие условия возникают при использовании структур GaAs : S i , GaP : Zn , 0; GaP : N и др. 2. Помещение кристалла в среду с показателем преломления n в 50-150 мА ) и выше возникает стимулированное излучение и наблюдается резкое увеличение выходной оптической мощности , например с 5 м к Вт /мА , характерной для спонтанного излучения , до 200 мкВт /мА . Благодаря тому что фотоны , появившиеся в процессе рекомбинаций , многократно проходят через свето вод , отражаясь от зеркальных граней , прежде чем им удается выйти за пределы кристалла через полу п розрачное зеркало , наблюдается монохроматичность и когерентность излучения. Из-за дифракционных явлений в резонаторе сечение све тового луча имеет эллипсоидную форму . Угол расходимости светового пучка около 20 — 50°. Полупроводниковые лазеры широко применяют ся при со здании световодных линий связи большой протяженности и в измерительных устройствах различного назначения. Конструктивно диод выполнен в полимерной гермети зации на основе металлостеклянной ножки , содержащей отражающую свет коническую по верхность , что позволяет использовать боковое излуче ние и увеличить в 2 — 3 раза силу света . Наличие заглуб ленного посадочного места облегчает центровку кристал ла относительно оптической оси прибора . Высота поли мерной линзы определена исходя из необходимости обе с печения заданной диаграммы направленности излу чения (угол излучения 35° ). Отношение 'высоты поли мерной линзы S к радиусу сферы R выбрано равным 1,7. Зависимость силы света от тока для зеленого цвета свечения сверхлинейна , для красного— сублинейна . Зависим ость силы света от температуры для обо их р— n- переходов примерно одинакова . Температурный коэффициент составляет минус (5 — 8)*10 -3 К -1 . Диод позволяет управляемо изменять цвет свечения от красного до зеленого с получением промежуточных цветов : оранжевого , желтого и др. В последнее время по явились сообщения о создании двухпереходных однокристальных GaP диодов повышенной эффективности , содер жащих оба р— n- перехода с одной стороны подложки . Структура диода выращивается жидкостной эпитаксией на подложке n- GаР, ориентированной в плоскости (111) В , двумя раздельными процессами . Устройство структуры следующее : слой n 1 (примыкающий к подлож ке ) толщиной 40 мкм , легированный Те до n 8*10 17 см -3 ; слой р 1 толщиной 50 мкм , легированный Zn до p 2*10 17 см- 3 и кислородом ; слой р 2 толщиной 40 мкм , легированный Zn до p 6*10 17 см -3 и азотом ; слой n 2 толщиной 25 мкм , легированный S до n l *10 17 см -3 азотом. Перв ый р— n- переход ( n 1 — p 1 ) излучает красный свет , второй (n 2 — р 2 — зеленый . В отличие от диода типа АЛС 331А , описанного выше , данный диод имеет общий анод . Верхний р— n- переход часто изготавлива ется планарным благодаря применению разделительной диффузии цинка. Для восстановления эффективности р— n- перехода с красным свечением , снизившейся в результате проведения второй эпитаксии по выращиванию р— n- перехода с зеленым свечением , применяется-длительная термо обработка структуры (400 — 600°С на воздухе в течение 20 — 70 ч ). . Полученные диоды в полимерной герметизации Ха рактеризуются высокими значениями внешнего кванто вого выхода излучения : для красного света — 4 % при то ке 3 мА (плотность тока 2 А /см 2 ), для зеленого света— 0,4 % при токе 20 мА (12,5 А /см 2 ). Такие знач ения при мерно соответствуют эффективности одноцветных свето излучающих диодов. Электролюминесцентные лампы Рассмотрим схемы некоторых наиболее широко используемых конструк ций ламп на основе светодиодов . В некоторых конструкциях использованы обычные транзисторные и диод ные кристаллодержатели . В этом случае светодиод может быть либо гермети чески закрыт крышкой с прозрачным стеклянным окном , либо на металлических выводах , одновременно образую щих основу кристаллодержателя , закре п лены и светодиод , и по следовательно с ним включенный кремниевый резистор . Пласт массовая линза , закрывающая корпус , формирует угловое рас пределение излучения и определяет угол видности прибора . Применяют и конструкции , подходящие для прозрачных полупров о дни ков типа GaP, в которых свет излучается через все пять граней светодиода . Встроенные рефлекторы и пластмассовые линзы обеспечивают желаемое угловое распределение излучения . “Лампа” обычно состоит из следующих частей : излучающего свет полупроводниковог о кристалла и пластмассовой линзы или покрытия , обычно окрашенного и служащего оптическим филь тром . Дополнительными (необязательными ) компонентами яв ляются рефлектор , диффузор , равномерно распределяющий свет по всему пластмассовому покрытию , и встроенный в корпус резистор , включенный последовательно с диодом. Основная задача покрытия состоит в создании среды с высоким показателем преломления и в со ответствующем увеличении коэффициента вывода света из по лупроводникового кристалла . В идеальном случае показ атель преломления покрытия должен быть близок к показателю пре ломления полупроводника ( n ~3,3). Практически наилучшее приближение к этому условию обеспечивает ряд легкоплавких арсенид-халькогснид-галогенндных стекол с показателем пре ломления 2,4 — 2,9. Одна ко эти стекла окрашены , так что их можно использовать только с красными или инфракрасными светодиодами . Наибольшее возможное значение показателя преломления для прозрачного стекла составляет 2,3 — 2,4. Использование стекол накладывает ряд ограничений на опт и ческие , тепловые и механические ха рактеристики приборов , поэтому в большинстве электролюми несцентных ламп использованы прозрачные пластмассы с по казателем преломления 1,5 — 1,6. Индикаторы состояния Ламповые индикаторы имеют шир окую область применения . В некоторых случаях они указывают на наличие рабочих усло вий , например на включение питания в различных приборах или на занятость линии в клавишном телефоне . В других случаях они служат предупреждающими сигналами , например в раз л ичных указателях на приборной панели современного автомо биля . Во всех перечисленных случаях необходимо , чтобы на блюдатель сразу замечал момент включения лампы и чтобы включенное и выключенное состояния четко различались . Вы полнение первого требования о б ычно обеспечивается соответ ствующим оформлением индикатора . а выполнение второго тре бования— конструкцией самой лампы . Обычно требуется , чтобы свет лампы был приятен для глаз , т . е . чтобы был обеспечен световой комфорт , Точные условия светового комфорта у казать трудно ; они определяются специальной системой тестов . Для достижения светового комфорта необходима оптимальная ком бинация зрительного восприятия , размеров , яркости и кон траста . Обычно раз меры полупроводникового кристалла выбирают как можно ма лы м и при заданном световом выходе . Типичные габариты кри сталла колеблются от 250 X 250 до 500 X 500 мкм . Видимый размер лампы определяется диаграммой распределения света рефлектором или рассеиванием света покрытием . Если необходимость в широком угле наблюде н ия отсутствует , то видимое изображение лампы можно увеличить с помощью пластмассовых линз . Линейное увеличение в зави симости от угла наблюдения дается формулой Увеличение =[1/(1- cos )] 1/2 . (5) Для многих применен ий достаточно угла наблюдения 60 — 90° , что позволяет использовать линейное увеличение в 1,8 — 2,7 раза и соответственно уменьшить потребляемую мощность в ~2 — 4 раза. Контраст изображения обычно достигается добавлением кра сителя в пластмассовое покрытие или с помощью внешнего све тофильтра . Идеальный светофильтр поглощает свет , падающий на него снаружи , так что выключенная лампа кажется темнее фона . Кроме отсутствия блеска (что будет рассмотрено при обсуждении цифровых индикаторов ), основное требование , предъя в ляемое к светофильтру , состоит в том , чтобы пропуска ние им окружающего света (за два прохождения через фильтр ) было не больше , чем отражение этого света от поверхности , окружающей индикатор. Вместе с тем основная функция светофильтра состоит в уси лении с ветового воздействия лампы в включенном состоянии . Анализ требований к идеальному светофильтру для красных и желто-зеленых светодиодов из GaP можно провести следующим образом . Рассмотрим конструкцию лампы , в которой боль шая часть излучаемого света отража е тся от элементов , окру жающих светодиод . Такой рефлектор , имеющий коэффициент отражения R ( ), отражает также и окружающий свет , попа дающий на лампу . Обозначим через I e ( , &fi , ) спектральною силу света лампы на длине волны К в направлении ( , & fi ); тогда световой поток vd , излучаемый в направлении наблюда теля , равен vd = I е ( ) V ( ) R ( ) d ( ), (6) если предположить , что свет диода (а также и окружающий свет ) отражается от корпуса прибора тол ько один раз . При на личии светофильтра со спектром пропускания Т (К выходящий из лампы световой поток равен ' vd = I е ( ) V ( ) R ( ) T ( ) d (7) Коэффициент пропускания светофильтра для излучения со спектральной силой I е ( ) определяется выражением T = ' vd / vd (8) а величина 1 — T представляет собой соответственно потери из лучения , связанные с фильтром . Для идеального фильтра эти потери сведены до минимума. Аналогичным образом можно определить величину Та, ко торая характеризует вызв анное светофильтром ослабление окру жающего излучения , отраженного от лампы (учитывая , что ок ружающий свет проходит через фильтр дважды ). Наибольший интерес представляет величина яркостного контраста С между включенным (излучение светодиода и окружающий с вет ) и выключенным (только окружающий свет ) состояниями : С =( vd + " va )/Ф " va , (9) где ' va — световой поток , идущий от лампы в выключенном со стоянии (ин декс а означает окружающий свет , а два штриха соответствуют двум прохождениям света через фильтр ). Показатель качества фильтра F можно определить как про изведение воспринимаемого светового потока на контраст F = C * ' vd . (10) Если предположить , что отражение от корпуса лампы по стоянно во всем видимом спектре и что ' vd >> " va , то уравнение (10) можно за писать в виде F = T 2 / T ' a * 2 vd / va Первый сомножитель в этом равенстве является мерой спек тральной избирательности фильтра и называется индексом цве товой корреляции . Дл я нейтрального светофильтра , для которого Т ( )= const ., эта величина равна 1. Таким образом , индекс цветовой корреляции определяется не абсолютным коэффициентом пропускания светофильтра , а спек тральной согласованностью фильтр а с излучением светодиода и окружающим светом. Величины Т и Т ' a можно легко рассчитать из данных по спектральному коэффициенту пропускания светофильтра . Если имеются образцы светофильтров , то проще всего измерить эти величины непосредственно с помощью фото приемника , спек тральная чувствительность которого совпадает с кривой чув ствительности глаза . В этом случае величина Т равна просто от ношению токов фотоприемника со светофильтром между диодом и приемником и без светофильтра . Аналогично величина Т ' a равна отношению тока фотоприеминка , когда окружающий cвет попадает на него , пройдя через двойной слой фильтра , к току при непосредственном падении окружающего света на фото приемник. Кроме описанной спектральной избирательности , большое значение имеет общий “не йтральный” коэффициент ослабления фильтра . Он должен быть подобран так , чтобы обеспечить же лаемый контраст при минимальном токе через светодиод . Например , при очень ярком освещении может понадобиться очень плотный фильтр (для уменьшения T' a даже несмотря на умень шение пропускания излучения светодиода и соответственно на необходимость повышения тока через диод . Оптимальный фильтр всегда представляет собой компромисс между яркостью инди катора и ослаблением окружающего света. Для излучения , приходящегося на край видимой части спектра (красные светодиоды из GaAs 1-x Р x или GaP: Zn , I ), наиболее эффективен красный светофильтр с резким краем по лосы пропускания . С другой стороны , для излучения в середине видимой части спектра более эффективен свето фильтр с узкой полосой пропускания. Кроме выполнения функций светофильтра , пластмассовое покрытие может также формировать различные диаграммы направленностн излучения . Ламбертовскую диаграмму направлен ности , которую имеет открытый свстодиод из прямозонного полунроводни ка , можно существенно изменить с помощью прозрачных пластмассовых линз ; при этом увеличение силы спета в направлении оси линзы за счет уменьшения угла наблюдения равно приблизительно квадрату коэффициента ли нейного увеличения . Включения частичек материал а с высоким показателем преломления , например Si 0 2 или TiO 2 приводят к равномерному распределению света по пластмассо-вому покрытию , что увеличивает угол наблюдения и видимые размеры светодиода , но уменьшает аксиальную силу света. Индикаторы на светодиодах Наиболее распространенные форматы буквенно-цифровых индикаторов на основе светодиодов показаны на рис. Семиэлемептные индикаторы или матрицы из 3 X 5 точек обычно применяются для вос произведения цифр от 0 до 9, хотя с их помощью можно воспроизводить некоторые прописные (A, В , С , D , E , F , G , H, I, J, L , О , S, U) и строчные ( b, с , d , h , i , l , n , о , r, и ) буквы . Для цифровых индикаторов наиболее широко ис пользуется формат с семью полоскам и , а для буквенно-цифро вых индикаторов удобнее всего матрицы из 5 X 7 точек . Размер индикатора зависит от расстояния до наблюдателя . Высота символов обычно выбирается из расчета угла наблюдения 10 — 24', причем угол наблюдения (в минутах ) определяется вы р ажением Угол наблюдения = 120 arctg ( h /2 d ), где h — высота символа , a d — расстояние от глаза до индика тора . Для электролюминесцентных индикаторов наилучшее зри тельное восприятие обычно достигается уменьшением размера символов до минимума и с оответственным увеличением яркости . Наиболее распространенными областями применения малогаба ритных индикаторов являются ручные приборы и карманные калькуляторы . Типичная высота символов (мнимое изображе ние индикатора ) составляет 2,5 — 3,5 мм , что соответс т вует углу наблюдения 9,5 — 13,4' для расстояния , равного длине вытянутой руки (~90 см ). Действительный размер интегральных полупро водниковых индикаторов составляет 1,125 — 2,5 мм , что соответ ствует линейному увеличению в 1,4 — 2,2 раза . Следующее наи более уп о требительное значение для высоты символов равно 8 — 12 мм ; такие индикаторы применяются на приборных пане лях или на пультах управления . При расстоянии 3 м это соот ветствует углу наблюдения 9,2 — 13,8'. Типичное отношение ши рины символа к его высоте для инд и каторов обоих типов со ставляет 0,6 — 0,8. Цифровые индикаторы различаются в основном формой по лосок (прямые или скругленные ), видом освещения полосок (рав номерное или точечное ) и углом наклона цифр (90 или ~80° ). При сравнении различных цифровых индикатор ов размером 7 — 15 мм был сделан вывод , что прямые линии распознаются значительно лучше , чем скругленные , что четкость то чечного изображения выше , чем изображения , образованного штрихами , и что прямые и наклонные цифры воспринимаются одинаково . Было замече н о также , что четкость контура является очень важным параметром , от которого зависит разборчивость цифр . Цифры , образованные относительно широкими штрихами , имели размытые контуры , и поэтому при их чтении возникало много ошибок . Рекомендуемое отношение шир и ны к высоте для белых штрихов на черном фоне составляет 1 : 10; вместе с тем при ярком освещении или для ярких индикаторов (напри мер , малогабаритных цифровых светодиодных матриц ) это от ношение можно уменьшить до 1 : 20. С целью снижения ошибок в распозна вании также интенсив но исследовались буквенно-цифровые индикаторы в виде матриц с 5 X 7 элементами . Оказалось , что некоторые ошибки встре чаются намного чаще других , и это нужно учитывать при раз работках новых индикаторов . Наиболее часто неправильно вос п ринимаются Q (читают как 0), 5 (читают как S ), V (чи тают как Y), Z (читают как 2) и I (читают как Г ). В другой работе была проведена оценка числа ошибок для 3-миллиметро вой матрицы из 5 X 7 красных светодиодов из GaAsP при угле наблюдения 14'. Подробные исследования с привлечением 371 наблюдателя в возрасте от 9 до 78 лет позволили сделать ценные выводы относительно конструирования индикаторов на основе светодиодов . Эти исследования показали , что число ошибок не постоянно для разных символов : одни дают н а много больше , а другие намного меньше ошибок , чем в среднем. Выяснилось , что при использовании начертаний , отличных от использованных в упомянутой работе , наибольшее количе ство ошибок падает на Q (читают как О ), А (читают как Н ) и S (читают как 5). Эти ош ибки необратимые , т . е . О не читают как Q и т . д . Было показано , что суммарное число ошибок для всех символов монотонно возрастало при увеличении освещен ности фона . Это означает , что распознавание любых символов затрудняется при снижении яркостного контр а ста . Число оши бок при максимальной освещенности (8000 лк ) составляло ~20% для наблюдателей в возрасте до 35 лет , а затем резко начинало расти , достигая 60% для наблюдателей в возрасте 50 лет . Частично это вызвано увеличением расстояния наилуч шего зрения с возрастом от 35 до 55 лет примерно в 5 раз (с ~0,2 до ~1,0 м ): для близоруких число ошибок было меньше среднего . Эта возрастающая трудность фокусировки гла зом излучения наиболее заметна для красной части спектра , в которой проводился эксперимент . В кра с ной части спектра возрастает роль хроматической аберрации и дифракции— двух явлений , определяющих размытие изображения на сетчатке глаза . Отсюда можно сделать вывод , что для индикаторов лучше подходит желтый или зеленый цвет , и можно ожидать , что высококач е ственные малогабаритные индикаторы со временем будут изготавливаться именно таких цветов (вместо более дешевых красных индикаторов , используемых в настоящее время ). Технология изготовления маленьких (~3 мм ) и больших (~9 мм ) полосковых индикаторов различн а , что диктуется эко номическими соображениями . Для малогабаритных индикаторов более пригодны монолитные конструкции , поскольку при уменьшении размеров резко возрастает стоимость монтажа отдельных элементов . В больших же семиполосковых индикаторах огранич и вающим фактором является стоимость материала ; поэтому в таких индикаторах свет семи маленьких светодиодов распределяется по необходимой поверхности с по мощью дешевых пластмассовых рефлекторов . Например , в 9-миллиметровом индикаторе площадь , занимаемая по л упроводником , составляет ~5% площади всей освещаемой поверхности . Рефлекторы можно сконструировать так , чтобы полоски освещались равномерно или чтобы в отдельных ча стях полосок яркость была выше (при этом цифра будет ка заться состоящей из светящихся точ е к ). Изображение в малень ких или больших матрицах с 5 X 7 элементами аналогичным образом формируется с помощью 35 отдельных светодиодов . Необходимый контраст изображения в большинстве индика торов достигается с помощью цветных светофильтров . С точки зрени я оптических характеристик конструкция светофильтров определяется исходя из соображений , изложенных в разд. 7.1, где было рассмотрено сражение света от элементов конструк ции светодиода с последующим прохождением через свето фильтр , В условиях сильного осве щения также важно умень шать отражение внешнего света от передней поверхности свето фильтра , т.е . снижать его блеск . Зеркальное отражение можно уменьшить , делая поверхность светофильтра матовой . При нор мальном падении коэффициент зеркального отражения от ма товой поверхности R s равен R s = R 0 ехр [(4* * ) 2 / 2 ], (12) где r 0 — коэффициент отражения от гладкой поверхности , а — среднеквадратичное отклонение матовой поверхности от среднего уровня гладкой поверхности. Список использованной литературы 1. А . Берг , П . Дин . Светодиоды . Ленинград , 1979. 2. Коган Л.М . Дохман С.А . Технико-экономические вопро сы применения светодиодов в качестве индикации и подсветки в системе отображения информации . – Светотехника , 1977. 3. Коган Л.М . Полупроводниковые светоизлучающие диоды , М .1983. 4. Воробьев В.Л ., Гришин В.Н . Двухпереходные GaP-светодиоды с управляемым цвет ом свечения . – Электронная техника . 1977 г. 5. Федотов Я.А . Основы физики полупроводниковых приборов.М .: Советское радио 1969. 6. Амосов В.И . Изергин А.П . Диодные источники красного излучения на GaP , полученном методом Чахральского . 1972.
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Вовочка заходит домой пьяный поздно вечером:
- Мама, извини, опоздал, такие пробки – ужас!
- Вова, да ты пьян! Какие пробки в нашем посёлке?!
- Два часа мучались с Ленкой, это же надо так вино закупорить!…
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по физике "Светоизлучающие диоды", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru