La relazione tra colore LED ed efficienza luminosa e materiali

Breve introduzione sul colore dei LED

1Lux si riferisce all’illuminamento in cui 1L di flusso luminoso è distribuito uniformemente su un’area di 1 metro quadrato. Generalmente, gli illuminatori attivi utilizzano unità di intensità luminosa CD a candela, come lampade ad incandescenza, LED, ecc.; oggetti riflettenti o trasmissivi utilizzano unità di flusso luminoso lumen L, come proiettori LCD, ecc.; e unità di illuminamento Lux, generalmente utilizzata in fotografia e in altri campi.

 

Le tre unità di misura sono equivalenti in valore, ma devono essere comprese da diverse angolazioni. Ad esempio: se la luminosità (flusso luminoso) di un proiettore LCD è di 1600 lumen e la dimensione della proiezione sullo schermo a riflessione totale è di 60 pollici (1 metro quadrato), la sua illuminamento è di 1600 lux, assumendo che la sua uscita di luce sia distanza dalla sorgente luminosa 1 cm, l’area dell’uscita della luce è 1 cm2, l’intensità luminosa dell’uscita della luce è 1600CD. Tuttavia, la luminosità dei veri proiettori LCD sarà notevolmente ridotta a causa della perdita di propagazione della luce, della perdita di riflessione o della pellicola che trasmette la luce e della distribuzione non uniforme della luce. In genere, un’efficienza del 50% è buona.

Nell’uso effettivo, i calcoli dell’intensità della luce utilizzano spesso unità di dati che sono più facili da mappare o cambiare direzione. Per il corpo luminoso attivo dello schermo LED, come unità di intensità luminosa viene generalmente utilizzato il quadrato CD/metro e come parametro ausiliario viene utilizzato l’angolo di osservazione, che è equivalente all’unità lux sulla superficie dello schermo; questo valore viene effettivamente visualizzato sullo schermo. Moltiplica l’area per ottenere l’intensità luminosa dell’intero schermo al miglior angolo di visione.

Assumendo che l’intensità luminosa di ogni pixel dello schermo sia costante nello spazio corrispondente, questo valore può essere considerato come il flusso luminoso dell’intero schermo. In genere, lo schermo LED per esterni deve raggiungere una luminosità di 4000 CD/m² o più per avere un effetto di visualizzazione ideale alla luce del sole. LED per interni ordinario, la luminosità massima è di circa 700 ~ 2000 CD/m².

 

L’intensità luminosa di un singolo LED accetta CD come unità ed è dotato di parametri dell’angolo di visione. L’intensità luminosa non ha nulla a che fare con il colore del LED. L’intensità luminosa di un singolo tubo varia da pochi mCD a 5000 mCD. L’intensità luminosa indicata dal produttore del LED si riferisce al punto in cui l’intensità luminosa è massima al miglior angolo di visione e nella posizione centrale quando il LED è acceso con una corrente di 20 mA.

 

Quando il LED è imballato, la forma della lente superiore e la posizione del chip LED dalla lente superiore determinano l’angolo di visione e la distribuzione dell’intensità della luce del LED. In generale, maggiore è l’angolo di visione dello stesso LED, minore è l’intensità luminosa massima, ma il flusso luminoso accumulato sull’intero emisfero tridimensionale rimane invariato.

Quando più LED sono disposti in modo ravvicinato e regolare, le loro superfici sferiche di emissione della luce si sovrappongono l’una all’altra, determinando una distribuzione dell’intensità di emissione della luce più uniforme sull’intero piano di emissione della luce.

 

Nel calcolo dell’intensità luminosa dello schermo è necessario moltiplicare dal 30% al 90% il valore di intensità luminosa del punto massimo fornito dal produttore in base all’angolo di visione del LED e alla densità di emissione del LED, come media luminosa intensità di un singolo tubo. In genere, la vita luminosa dei LED è molto lunga.

I produttori generalmente indicano che sono più di 100.000 ore. In effetti, dovresti prestare attenzione anche al ciclo di decadimento della luminosità dei LED. Ad esempio, la maggior parte dei tubi rossi UR utilizzati nei fanali posteriori delle automobili sono accesi per più di dieci o decine di ore. , La luminosità è solo la metà dell’originale.

Il ciclo di decadimento della luminosità ha un ottimo rapporto con il processo materiale di produzione dei LED. Generalmente, quando le condizioni economiche lo consentono, si dovrebbero scegliere LED a quattro elementi con un decadimento della luminosità più lento. Corrispondenza dei colori e bilanciamento del bianco: il bianco è una miscela di rosso, verde e blu in base al rapporto di luminosità. Quando la luminosità del verde è del 69%, la luminosità del rosso è del 21% e la luminosità del blu è del 10%, l’occhio umano sentirà il colore dopo la miscelazione Il risultato è bianco puro.

 

Tuttavia, le coordinate cromatiche dei LED rosso, verde e blu non possono ottenere l’effetto dello spettro cromatico completo a causa del processo di produzione e per altri motivi, e il controllo della luminosità dei colori primari, inclusi i colori primari deviati per ottenere la luce bianca, è chiamato colore corrispondenza. Prima della corrispondenza dei colori per uno schermo LED a colori, al fine di ottenere la migliore luminosità e il minor costo, dovresti provare a scegliere i pixel della composizione del dispositivo LED la cui intensità luminosa dei tre colori primari è di circa 3:6:1.

 

Il bilanciamento del bianco richiede che i tre colori primari siano sintetizzati sotto lo stesso valore di grigio per essere ancora bianco puro. Colori primari, colori primari: I colori primari si riferiscono ai colori di base che possono essere sintetizzati in vari colori. I colori primari nella luce colorata sono rosso, verde e blu. La figura seguente è la tabella dello spettro. I tre vertici nella tabella sono le lunghezze d’onda dei colori primari ideali. Se i colori primari vengono deviati, l’area in cui i colori possono essere sintetizzati diminuirà e i triangoli nella tabella dello spettro si ridurranno. Da un punto di vista visivo, i colori non solo devieranno, ma anche la ricchezza diminuirà.

 

I raggi rosso, verde e blu emessi dai LED sono approssimativamente suddivisi in viola, rosso puro, rosso arancio, arancione, giallo arancio, giallo, giallo-verde, verde puro, verde smeraldo, blu-verde, blu puro, blu -viola, ecc. in base alle loro diverse caratteristiche di lunghezza d’onda. , Giallo-verde e blu-viola sono molto più economici del rosso puro, del verde puro e del blu puro. Dei tre colori primari, il verde è il più importante, perché il verde occupa il 69% della luminosità del bianco ed è al centro dell’elenco dei colori orizzontale. Pertanto, nel metodo di composizione a tre colori primari che pesa la purezza del colore e il prezzo, nell’applicazione di progettazione a tre colori primari, il bilanciamento del bianco e il valore di luminosità massimo previsto vengono generalmente raggiunti regolando la corrente del LED.

Generalmente prendiamo il metodo di corrispondenza dei colori più semplice e ottimizzato come metodo di riproduzione del colore per progettare la tecnologia di visualizzazione a colori. Il bilanciamento del bianco è uno dei segnali importanti per il controllo della composizione del colore. I tre colori primari della luce bianca sono generalmente realizzati mescolando i tre colori primari rosso, verde e blu in base al rapporto di luminosità. Quando la luminosità del verde nella luce è del 69%, la luminosità del rosso è del 21% e la luminosità del blu è del 10%, l’occhio umano sentirà il colore dopo la miscelazione. È bianco puro. I primi televisori CRT fino all’attuale display a cristalli liquidi LCD sono tutti composti in questo modo.

 

Analisi dell’influenza dei materiali semiconduttori CAN sulle prestazioni dei LED

I materiali semiconduttori a base di Gan sono stati ampiamente utilizzati negli ultimi anni nella produzione di dispositivi optoelettronici a lunghezza d’onda corta, come diodi a emissione di luce (LED) e diodi laser (LD). Al momento, ci sono molti rapporti e letteratura sulla crescita dei materiali Gan, e alcuni rapporti sulla produzione di chip sono limitati solo all’incisione Gan e ai contatti ohmici, e ci sono pochi rapporti tecnici sulla progettazione ingegneristica. Questo documento discute l’impatto della progettazione del layout dei chip sulle prestazioni dei LED basati su Gan, che può fornire un riferimento per la scelta dei layout dei chip per i diversi requisiti di prestazioni.

 

sperimentare

Il materiale che utilizziamo è un wafer epitassiale LED blu a base di Gan cresciuto su un substrato di zaffiro con il metodo MOCVD. Il wafer epitassiale è una struttura a pozzo multiquantico. Nella produzione di chip, l’elettrodo di contatto n-ohm adotta la struttura Ti/Al/Ti/Au, l’elettrodo di contatto p-ohm utilizza un elettrodo trasparente di ossido Ni/Au e l’elettrodo a filo è Ti/Au con un wafer epitassiale molto consistente . Sono stati realizzati rispettivamente il layout della struttura a mosaico di 400 μm × 500 μm, il layout della struttura a mosaico di 350 μm × 350 μm e due tipi di layout diagonali da 350 μm × 350 μm. Il campione di prova delle caratteristiche del chip prende il centro del wafer e il quarto del chip all’apice dell’angolo retto dopo il taglio. Lo strumento di prova è un tester T620 prodotto dalla Taiwan Changyu Company.

Risultati e discussione

Abbiamo testato le caratteristiche I-V e le caratteristiche P-I dei chip con quattro layout, comprese le curve caratteristiche I-V e le curve caratteristiche P-I di vari chip di layout.

 

Dalle caratteristiche IV si può vedere che al di sotto di 20 mA, le caratteristiche IV del chip di layout della struttura a mosaico a due dimensioni e il chip dell’elettrodo diagonale con l’elettrodo a filo p al centro dell’elettrodo esteso sono sostanzialmente le stesse e il filo p l’elettrodo è lontano dall’elettrodo n in diagonale. La caduta di tensione diretta Vf del chip dell’elettrodo sotto la stessa corrente è maggiore di quella di altri chip. Sebbene (a) l’area dell’elettrodo esteso sia grande, è vantaggioso ridurre la resistenza di contatto ohmica di tipo p, ma aumenta la distanza di trasporto di corrente, che può aumentare la resistenza del corpo. L’offset dei due effetti riduce la caratteristica I-V e la dimensione del chip. Il chip di layout è simile. (A) Utilizzando elettrodi diagonali, le caratteristiche I-V misurate mostrano che quando la distanza tra l’elettrodo a filo p e l’elettrodo n è quasi la stessa, le caratteristiche I-V del chip sono equivalenti al chip dell’elettrodo con struttura a mosaico. (B) La relativa Vf dell’elettrodo a filo p è lontana dall’elettrodo n e il chip dell’elettrodo diagonale è più alto, il che significa che la densità di corrente sotto l’elettrodo a filo p è maggiore della densità di corrente sotto l’elettrodo esteso equidistante da n elettrodo. La distanza tra gli n elettrodi rende la resistenza del corpo equivalente del chip maggiore e Vf maggiore.

 

Le caratteristiche P-I di vari chip di layout mostrano che al di sotto di 20 mA, le caratteristiche P-I di vari chip LED basati su Gan sono lineari e le caratteristiche P-I del chip di layout della struttura a mosaico a due dimensioni e del chip dell’elettrodo diagonale sono entro 30 mA. Le caratteristiche di I sono sostanzialmente le stesse. Quando la corrente aumenta, la potenza ottica di un chip di grandi dimensioni è maggiore di quella di un chip di piccole dimensioni. (B) Quando l’elettrodo a filo p è lontano dal chip dell’elettrodo diagonale dell’elettrodo n, la potenza ottica è maggiore sotto la normale corrente di lavoro (<30 mA), ma la saturazione della potenza è più veloce sotto la corrente elevata.

 

Le caratteristiche PI dei LED basati su Gan inferiori a 20 mA sono lineari. La potenza ottica non ha nulla a che fare con la densità di corrente, ma dipende solo dalla corrente effettiva. Sebbene l’area del chip sia diversa, la corrente è la stessa, l’efficienza luminosa è la stessa, la potenza ottica è simile e le dimensioni sono grandi. Poiché la densità di corrente del chip è piccola con la stessa corrente, ha alcuni vantaggi lavorare con una corrente elevata.

(B) La potenza ottica del chip dell’elettrodo diagonale del layout è maggiore sotto la normale corrente di lavoro, indicando che la densità di corrente sotto l’area estesa dell’elettrodo vicino all’elettrodo n è maggiore e l’elettrodo a filo p viene allontanato dall’n area dell’elettrodo per aumentare la trasmissione della luce Parte della corrente riduce la corrente nell’area di assorbimento della luce sotto l’elettrodo a filo p. In condizioni di alta corrente, da un lato, la densità di corrente è elevata ed è facile da saturare. D’altra parte, a causa della grande resistenza del corpo equivalente, l’elevata corrente genera calore in tempi relativamente brevi e la potenza luminosa ha maggiori probabilità di saturare.

 

Conclusione

Gli studi hanno dimostrato che le caratteristiche I-V e PI dei chip LED basati su Gan al di sotto di 20 mA hanno poca relazione con le dimensioni, ma sono correlate alla posizione dell’elettrodo. La potenza di uscita della luce del chip con l’elettrodo a filo p lontano dall’elettrodo n è inferiore a 20 mA. , Anche la caduta di pressione in avanti è elevata. In condizioni di alta corrente, il chip con l’elettrodo a filo p lontano dall’elettrodo n è facile da saturare e le prestazioni ad alta corrente del chip con una dimensione del chip maggiore sono migliori. Il confronto delle caratteristiche dell’elettrodo a struttura a mosaico e del chip dell’elettrodo a struttura diagonale non ha mostrato differenze significative.