Como os LEDs produzem luz colorida

A cor luminosa e a eficiência luminosa do LED estão relacionadas ao material e ao processo de fabricação do LED. Atualmente, vermelho, verde e azul são amplamente utilizados. Devido à baixa tensão de trabalho do LED (apenas 1,5-3V), ele pode emitir luz ativamente e ter um certo brilho, e o brilho pode ser ajustado pela tensão (ou corrente), e é choque-resistente, vibração-resistente, e tem uma longa vida (100.000 horas). Diferentes materiais para fazer LEDs podem produzir fótons com diferentes energias, para que o comprimento de onda da luz emitida pelo LED possa ser controlado, ou seja, o espectro ou a cor.


O material usado no primeiro LED da história é o arsênico (As) gálio (Ga), sua queda de tensão de junção PN direta (VF, que pode ser entendida como iluminação ou tensão de trabalho) é 1,424 V, e a luz emitida é espectro infravermelho. Outro material LED comumente usado é o fosfeto de gálio (P) (Ga), Sua queda de tensão da junção PN para frente é de 2,261 V e a luz emitida é verde.

Com base nesses dois materiais, a indústria de LED inicial usou a estrutura do material GaAs1-xPx, que pode teoricamente produzir LEDs com qualquer comprimento de onda da luz infravermelha à luz verde. O subscrito X representa a porcentagem de fósforo substituído por arsênico. Geralmente, o comprimento de onda e a cor do LED podem ser determinados pela queda de tensão da junção PN. Os típicos são LEDs vermelhos de GaAs0.6P0.4, LEDs laranja de GaAs0.35P0.65, LEDs amarelos de GaAs0.14P0.86, etc. Como gálio, arsênico e fósforo são usados na fabricação, esses LEDs são comumente conhecidos como tubos emissores de luz de três elementos.


Os LEDs azuis GaN (nitreto de gálio), os LEDs verdes GaP e os LEDs infravermelhos GaAs são chamados de tubos emissores de luz de dois elementos. Atualmente, o processo mais recente é um LED de quatro elementos feito de material de quatro elementos AlGaInN misturado com quatro elementos de alumínio (Al), cálcio (Ca), índio (In) e nitrogênio (N), que pode cobrir toda a luz visível e alguma luz ultravioleta. O alcance espectral da luz.

Intensidade luminosa: As unidades de medida de intensidade luminosa são unidade de iluminância (lux), unidade de fluxo luminoso (lúmen Lumen), unidade de intensidade luminosa (potência da vela). 1CD (poder da vela) refere-se a um objeto completamente radiante. A intensidade luminosa de uma área de um décimo de um centímetro quadrado. (Costumava referir-se a uma vela de óleo de baleia com um diâmetro de 2,2 cm e uma qualidade de 75,5 gramas, queimando 7,78 gramas por hora, uma altura de chama de 4,5 cm, e a intensidade luminosa ao longo da direção horizontal) 1L (lúmen) Refere-se a 1 CD luz de velas irradiada a uma distância de 1 cm, o fluxo luminoso em um plano com uma área de 1 cm2.
1Lux (lux) refere-se à iluminância na qual 1L de fluxo luminoso é distribuído uniformemente em uma área de 1 metro quadrado. Geralmente os iluminantes ativos adotam o CD de energia da vela da unidade de intensidade luminosa, como lâmpadas incandescentes, LEDs, etc.; Objetos reflexivos ou penetrantes usam o lúmen L como a unidade de fluxo luminoso, como projetores LCD, etc.; Lux, a unidade de iluminação, é geralmente usada em fotografia e outros campos. As três unidades de medida são numericamente equivalentes, mas precisam ser entendidas de diferentes perspectivas. Por exemplo: se o brilho (fluxo luminoso) de um projetor LCD for de 1600 lumens e o tamanho projetado na tela de reflexão total for de 60 polegadas (1 metro quadrado), então sua iluminância é de 1600 lux, assumindo que a distância entre a saída de luz e a fonte de luz é de 1 cm, E a área da tomada de luz é de 1 centímetro quadrado, então a intensidade luminosa da tomada de luz é de 1600CD. No entanto, devido à perda de transmissão de luz, perda de reflexão ou filme transmissor de luz e distribuição desigual de luz, o brilho de um projetor LCD real será bastante reduzido. Geralmente, uma eficiência de 50% é boa.

No uso real, os cálculos de intensidade de luz geralmente usam unidades de dados que são mais fáceis de pesquisar e mapear ou alterar as direções. Para corpos luminosos ativos, como telas de LED, CD/metro quadrado é geralmente usado como a unidade de intensidade luminosa, e o ângulo de visão é usado como um parâmetro auxiliar, que é equivalente à unidade de iluminância lux na superfície da tela; este valor é efetivamente exibido na tela. Multiplique as áreas para obter a intensidade luminosa de toda a tela no melhor ângulo de visão. Supondo que a intensidade luminosa de cada elemento gráfico na tela seja constante no espaço correspondente, esse valor pode ser considerado como o fluxo luminoso de toda a tela. Geralmente, as telas de LED ao ar livre devem ter um brilho de mais de 4000CD/metro quadrado para ter um efeito de exibição ideal sob a luz solar. Para LEDs interiores comuns, tO brilho máximo é de cerca de 700-2000 CD/metro quadrado.

A intensidade luminosa de um único LED está em CD e está equipada com parâmetros de ângulo de visualização. A intensidade luminosa não tem nada a ver com a cor do LED. A intensidade luminosa de um único tubo varia de alguns mCD a 5000mCD. A intensidade luminosa dada pelo fabricante do LED refere-se ao ponto em que o LED acende a uma corrente de 20mA, o melhor ângulo de visão e a posição central com a maior intensidade luminosa. Ao empacotar LEDs, a forma da lente superior e a posição do chip LED da lente superior determinam o ângulo de visão do LED e a distribuição da intensidade da luz. De um modo geral, quanto maior o ângulo de visão do mesmo LED, menor a intensidade luminosa máxima, mas o fluxo luminoso acumulado em todo o hemisfério tridimensional permanece inalterado. Quando vários LEDs são dispostos de perto e regularmente, suas superfícies esféricas luminosas se sobrepõem, resultando em uma distribuição relativamente uniforme de intensidade luminosa em todo o plano luminoso.


Ao calcular a intensidade luminosa da tela, é necessário multiplicar o valor máximo da intensidade luminosa do ponto fornecido pelo fabricante por 30% a 90% de acordo com o ângulo de visão do LED e a densidade de emissão do LED, como a intensidade luminosa média de um único tubo. Geralmente, a vida luminosa do LED é muito longa, e os fabricantes geralmente marcam como mais de 100.000 horas. Na verdade, atenção também deve ser dada ao ciclo de decaimento de brilho do LED. O brilho é apenas metade do original.

O período de atenuação de brilho tem muito a ver com o processo de material de produção de LED. Geralmente, LEDs de quatro elementos com atenuação de brilho mais lenta devem ser selecionados quando as condições econômicas permitirem. Correspondência de cores e balanço de branco: O branco é uma mistura de vermelho, verde e azul de acordo com a relação de brilho. Quando o brilho do verde na luz é de 69%, o brilho do vermelho é de 21% e o brilho do azul é de 10%. Chegou em branco puro. No entanto, as coordenadas de cromaticidade das cores vermelha, verde e azul do LED não podem atingir o efeito do espectro de cores devido ao processo de fabricação e outras razões. Controlar o brilho das cores primárias, incluindo as cores primárias tendenciosas para obter luz branca, é chamado de correspondência de cores. Antes da correspondência de cores para telas LED coloridas, a fim de alcançar o melhor brilho e o menor custo, tente escolher dispositivos LED com uma proporção de 3:6:1 para as três cores primárias para formar pixels. O equilíbrio do branco requer que as três cores primárias sintetizadas sob o mesmo valor de cinza ainda sejam branco puro. Cor primária, cor primária: cor primária refere-se à cor básica que pode sintetizar várias cores. As cores primárias na cor clara são vermelho, verde e azul. A figura abaixo é uma tabela de espectro, e os três vértices na tabela são comprimentos de onda de cores primárias ideais. Se a cor primária se desviar, a área onde a cor pode ser sintetizada diminuirá e os triângulos na tabela espectral diminuirão. Do ponto de vista visual, a cor não só se desviará, mas também reduzirá a riqueza.


A luz vermelha, verde e azul emitida pelos LEDs pode ser dividida em vermelho roxo, vermelho puro, vermelho alaranjado, laranja, amarelo laranja, amarelo, verde amarelo, verde puro, verde esmeralda, verde azul, azul puro, roxo azul, etc. de acordo com suas características diferentes do comprimento de onda e vermelho alaranjado., Amarelo-verde e azul-roxo são muito mais baratos do que vermelho puro, verde puro e azul puro. Entre as três cores primárias, o verde é o mais importante, porque o verde ocupa 69% do brilho do branco e está no centro da tabela de arranjo horizontal de cores. Portanto, no modo de composição de três cores primárias entre a pureza da cor e o preço, na aplicação de design de três cores primárias, o equilíbrio de branco e o valor máximo de brilho desejado são geralmente alcançados ajustando a corrente de LED.

Geralmente usamos o método de correspondência de cores mais simples e otimizado como método de reprodução de cores para projetar a tecnologia de exibição colorida. O equilíbrio de branco é um dos sinais importantes para testar a composição da cor. A luz branca de três cores primárias é geralmente feita misturando as três cores primárias de vermelho, verde e azul de acordo com a proporção de brilho. Quando o brilho do verde na luz é de 69%, o brilho do vermelho é de 21% e o brilho do azul é de 10%. É branco puro. As primeiras TVs CRT para os atuais monitores LCD de cristal líquido são todas compostas dessa forma.