Comment les LED produisent une lumière colorée

La couleur lumineuse et l'efficacité lumineuse des LED sont liées au matériau et au processus de fabrication des LED. À l'heure actuelle, le rouge, le vert et le bleu sont largement utilisés. En raison de la faible tension de fonctionnement de la LED (seulement 1.5-3V), elle peut émettre activement de la lumière et avoir une certaine luminosité, et la luminosité peut être ajustée par tension (ou courant), et il est résistant aux chocs, aux vibrations et a une longue durée de vie (100,000 heures). Différents matériaux pour fabriquer des LED peuvent produire des photons avec différentes énergies, de sorte que la longueur d'onde de la lumière émise par la LED peut être contrôlée, c'est-à-dire le spectre ou la couleur.


Le matériau utilisé dans la première LED de l'histoire est l'arsenic (As) gallium (Ga), sa chute de tension de jonction PN avant (VF, qui peut être comprise comme un éclairage ou une tension de fonctionnement) est 1.424V, et la lumière émise est le spectre infrarouge. Un autre matériau LED couramment utilisé est le phosphure de gallium (P) (Ga), Sa chute de tension de jonction vers l'avant PN est de 2.261V et la lumière émise est verte.

Sur la base de ces deux matériaux, la première industrie des LED a utilisé la structure du matériau GaAs1-xPx, qui peut théoriquement produire des LED avec n'importe quelle longueur d'onde allant de la lumière infrarouge à la lumière verte. L'indice X représente le pourcentage de phosphore remplacé par l'arsenic. Généralement, la longueur d'onde et la couleur de la LED peuvent être déterminées par la chute de tension de la jonction PN. Les LED rouges de GaAs0.6P0.4, les LED orange de GaAs0.35P0.65, les LED jaunes de GaAs0.14P0.86, etc. Parce que le gallium, l'arsenic et le phosphore sont utilisés dans la fabrication, ces LED sont communément appelées tubes électroluminescents à trois éléments.


Les LED bleues GaN (nitrure de gallium), les LED vertes GaP et les LED infrarouges GaAs sont appelées tubes électroluminescents à deux éléments. À l'heure actuelle, le dernier processus est une LED à quatre éléments en matériau AlGaInN à quatre éléments mélangé à quatre éléments d'aluminium (Al), de calcium (Ca), d'indium (In) et de l'azote (N), qui peut couvrir toute la lumière visible et un peu de lumière ultraviolette. La gamme spectrale de la lumière.

Intensité lumineuse: Les unités de mesure de l'intensité lumineuse sont l'unité d'éclairement (lux), l'unité de flux lumineux (lumen), l'unité d'intensité lumineuse (puissance de la bougie). 1CD (puissance de la bougie) fait référence à un objet complètement rayonnant. L'intensité lumineuse d'une zone d'un dixième de centimètre carré. (Il faisait référence à une bougie d'huile de baleine d'un diamètre de 2.2 cm et d'une qualité de 75.5 grammes, brûlant 7.78 grammes par heure, une hauteur de flamme de 4.5 cm, et l'intensité lumineuse le long de la direction horizontale) 1L (lumen) Se réfère à 1 CD bougie irradiée à une distance de 1 cm, le flux lumineux sur un plan d'une surface de 1 cm2.
1Lux (lux) fait référence à l'éclairement auquel 1L de flux lumineux est uniformément réparti sur une surface de 1 mètre carré. Les illuminants généralement actifs adoptent le CD d'alimentation de la bougie de l'unité d'intensité lumineuse, tels que les lampes à incandescence, les LED, etc.; Les objets réfléchissants ou pénétrants utilisent la lumière L comme unité de flux lumineux, tels que les projecteurs LCD, etc.; Lux, l'unité d'éclairage, est généralement utilisée en photographie et dans d'autres domaines. Les trois unités de mesure sont numériquement équivalentes, mais doivent être comprises sous différents angles. Par exemple: si la luminosité (flux lumineux) d'un projecteur LCD est de 1600 lumens et que la taille projetée sur l'écran de réflexion totale est de 60 pouces (1 mètre carré), alors son éclairement est de 1600 lux, en supposant que la distance entre la sortie de lumière et la source lumineuse est de 1 cm, Et la surface de la sortie de lumière est de 1 centimètre carré, alors l'intensité lumineuse de la sortie de lumière est de 1600CD. Cependant, en raison de la perte de transmission de la lumière, de la perte de réflexion ou du film transmettant la lumière et de la distribution inégale de la lumière, la luminosité d'un véritable projecteur LCD sera considérablement réduite. Généralement, une efficacité de 50% est bonne.

En utilisation réelle, les calculs d'intensité lumineuse utilisent souvent des unités de données qui sont plus faciles à arpenter et à cartographier ou à changer de direction. Pour les corps lumineux actifs tels que les écrans LED, le CD/mètre carré est généralement utilisé comme unité d'intensité lumineuse, et l'angle de vision est utilisé comme paramètre auxiliaire, ce qui équivaut à l'unité d'éclairement lux sur la surface de l'écran; cette valeur est effectivement affichée sur l'écran. Multipliez les zones pour obtenir l'intensité lumineuse de tout l'écran au meilleur angle de vue. En supposant que l'intensité lumineuse de chaque élément graphique de l'écran est constante dans l'espace correspondant, cette valeur peut être considérée comme le flux lumineux de tout l'écran. Généralement, les écrans LED extérieurs doivent avoir une luminosité de plus de 4000CD/mètre carré pour avoir un effet d'affichage idéal sous la lumière du soleil. Pour les LEDs d'intérieur ordinaires, tIl la luminosité maximale est d'environ 700 à 2000 CD/mètre carré.

L'intensité lumineuse d'une seule LED est en CD, et elle est équipée de paramètres d'angle de vision. L'intensité lumineuse n'a rien à voir avec la couleur de la LED. L'intensité lumineuse d'un seul tube varie de quelques mCD à 5000mCD. L'intensité lumineuse donnée par le fabricant de LED fait référence au point où la LED s'allume à un courant de 20mA, le meilleur angle de vision et la position centrale avec l'intensité lumineuse la plus élevée. Lors du conditionnement des LED, la forme de l'objectif supérieur et la position de la puce LED à partir de l'objectif supérieur déterminent l'angle de vision des LED et la distribution de l'intensité lumineuse. D'une manière générale, plus l'angle de vision de la même LED est grand, plus l'intensité lumineuse maximale est petite, mais le flux lumineux accumulé sur tout l'hémisphère tridimensionnel reste inchangé. Lorsque plusieurs LED sont disposées de manière étroite et régulière, leurs surfaces sphériques lumineuses se chevauchent les unes avec les autres, ce qui entraîne une distribution relativement uniforme de l'intensité lumineuse sur tout le plan lumineux.


Lors du calcul de l'intensité lumineuse de l'écran, il est nécessaire de multiplier la valeur d'intensité lumineuse ponctuelle maximale fournie par le fabricant en 30% aux 90% en fonction de l'angle de vision des LED et de la densité d'émission des LED, comme l'intensité lumineuse moyenne d'un seul tube. Généralement, la durée de vie lumineuse des LED est très longue et les fabricants la marquent généralement comme plus de 100,000 heures. En fait, il convient également de prêter attention au cycle de décroissance de la luminosité de la LED. , La luminosité n'est que la moitié de l'original.

La période d'atténuation de la luminosité a beaucoup à voir avec le processus matériel de production de LED. En général, les LED à quatre éléments avec une atténuation de la luminosité plus lente doivent être sélectionnées lorsque les conditions économiques le permettent. Correspondance des couleurs et balance des blancs: Le blanc est un mélange de rouge, de vert et de bleu selon le rapport de luminosité. Lorsque la luminosité du vert dans la lumière est 69%, la luminosité du rouge est 21% et la luminosité du bleu est 10%. Arrivé en blanc pur. Cependant, les coordonnées de chromaticité des couleurs rouge, verte et bleue de la LED ne peuvent pas obtenir l'effet du spectre de couleurs complet en raison du processus de fabrication et d'autres raisons. Le contrôle de la luminosité des couleurs primaires, y compris les couleurs primaires biaisées pour obtenir la lumière blanche, est appelé correspondance des couleurs. Avant la correspondance des couleurs pour les écrans LED couleur, afin d'obtenir la meilleure luminosité et le coût le plus bas, essayez de choisir des appareils LED avec un rapport de 3:6:1 pour les trois couleurs primaires pour former des pixels. La balance des blancs exige que les trois couleurs primaires synthétisées sous la même valeur de gris soient encore du blanc pur. Couleur primaire, couleur primaire: La couleur primaire fait référence à la couleur de base qui peut synthétiser différentes couleurs. Les couleurs primaires dans la lumière de couleur sont le rouge, le vert et le bleu. La figure ci-dessous est un tableau de spectre, et les trois sommets du tableau sont des longueurs d'onde de couleur primaires idéales. Si la couleur primaire s'écarte, la zone où la couleur peut être synthétisée diminuera et les triangles de la table spectrale diminueront. D'un point de vue visuel, la couleur va non seulement dévier, mais aussi réduire la richesse.


La lumière rouge, verte et bleue émise par les LED peut être grossièrement divisée en rouge violet, rouge pur, orange rouge, orange, orange jaune, jaune, jaune, vert jaune, vert pur, vert émeraude, bleu vert, bleu pur, violet bleu, etc. selon leurs différentes caractéristiques de longueur d'onde et rouge orange., Le jaune-vert et le bleu-violet sont beaucoup moins chers que le rouge pur, le vert pur et le bleu pur. Parmi les trois couleurs primaires, le vert est le plus important, car le vert occupe 69% de la luminosité du blanc et se trouve au centre de la table de disposition horizontale des couleurs. Par conséquent, dans le mode de composition de couleur trois-primaire entre la pureté de la couleur et le prix, dans l'application de conception de trois couleurs primaires, la balance des blancs et la valeur de luminosité maximale souhaitée sont généralement obtenues en ajustant le courant LED.

Nous utilisons généralement la méthode de correspondance des couleurs la plus simple et la plus optimisée comme méthode de reproduction des couleurs pour la conception de la technologie d'affichage en couleur. La balance des blancs est l'un des signes importants pour tester la composition des couleurs. La lumière blanche de trois couleurs primaires est généralement faite en mélangeant les trois couleurs primaires de rouge, vert et bleu en fonction du rapport de luminosité. Lorsque la luminosité du vert dans la lumière est 69%, la luminosité du rouge est 21% et la luminosité du bleu est 10%. C'est du blanc pur. Les premiers téléviseurs CRT aux écrans à cristaux liquides LCD actuels sont tous composés de cette manière.