Cómo los LED producen luz coloreada

El color luminoso y la eficiencia luminosa del LED están relacionados con el material y el proceso de fabricación de LED. En la actualidad, rojo, verde y azul son ampliamente utilizados. Debido a la baja tensión de trabajo del LED (solo 1,5-3V), puede emitir luz activamente y tener un cierto brillo, y el brillo se puede ajustar por voltaje (o corriente), y es resistente a los golpes, resistente a las vibraciones y tiene una larga vida (100.000 horas). Diferentes materiales para hacer LED pueden producir fotones con diferentes energías, de modo que la longitud de onda de la luz emitida por el LED puede ser controlada, es decir, el espectro o el color.


El material utilizado en el primer LED de la historia es el arsénico (As) galio (Ga), su caída de voltaje de unión directa PN (VF, que puede entenderse como iluminación o voltaje de trabajo) es 1.424V, y la luz emitida es espectro infrarrojo. Otro material LED comúnmente utilizado es el fosfuro de galio (P) (Ga), Su caída de voltaje de Unión PN hacia adelante es de 2.261V y la luz emitida es verde.

Sobre la base de estos dos materiales, la industria temprana del LED utilizó la estructura del material GaAs1-xPx, que teóricamente puede producir LED con cualquier longitud de onda de la luz infrarroja a la luz verde. El subíndice X representa el porcentaje de fósforo reemplazado por arsénico. Generalmente, la longitud de onda y el color del LED pueden determinarse por la caída de voltaje de la Unión PN. Los típicos son LED rojos de GaAs0.6P0.4, LED naranjas de GaAs0.35P0.65, LED amarillos de GaAs0.14P0.86, etc. Debido a que en la fabricación se utilizan galio, arsénico y fósforo, estos LED se conocen comúnmente como tubos emisores de luz de tres elementos.


Los LED azules GaN (nitruro de galio), los LED verdes GaP y los LED infrarrojos GaAs se denominan tubos emisores de luz de dos elementos. En la actualidad, el último proceso es un LED de cuatro elementos hecho de material de cuatro elementos AlGaInN mezclado con cuatro elementos de aluminio (Al), calcio (Ca), Indio (In) y nitrógeno (N), que puede cubrir toda la luz visible y algo de luz ultravioleta. El rango espectral de la luz.

Intensidad luminosa: Las unidades de medición de la intensidad luminosa son la unidad de iluminancia (lux), la unidad de flujo luminoso (Lumen), la unidad de intensidad luminosa (potencia de la vela). 1CD (potencia de la vela) se refiere a un objeto completamente radiante. La intensidad luminosa de un área de una décima de centímetro cuadrado. (Solía referirse a una vela de aceite de ballena con un diámetro de 2,2 cm y una calidad de 75,5 gramos, quemando 7,78 gramos por hora, una altura de llama de 4,5 cm, Y la intensidad luminosa a lo largo de la dirección horizontal) 1L (Lumen) Se refiere a 1 luz de velas CD irradiada a una distancia de 1 cm, el flujo luminoso en un plano con un área de 1 cm2.
1Lux (lux) se refiere a la iluminancia a la que 1L de flujo luminoso se distribuye uniformemente en un área de 1 metro cuadrado. Los iluminadores generalmente activos adoptan el CD de potencia de vela de la Unidad de intensidad luminosa, como lámparas incandescentes, LED, etc.; Los objetos reflectantes o penetrantes utilizan el lumen L como la unidad de flujo luminoso, como los proyectores LCD, etc.; Lux, la unidad de iluminación, se utiliza generalmente en fotografía y otros campos. Las tres unidades de medida son numéricamente equivalentes, pero deben entenderse desde diferentes perspectivas. Por ejemplo: si el brillo (flujo Luminoso) de un proyector LCD es de 1600 lúmenes, y el tamaño proyectado en la pantalla de reflexión total es de 60 pulgadas (1 metro cuadrado), entonces su iluminancia es de 1600 Lux, suponiendo que la distancia entre la salida de luz y la fuente de luz es de 1 cm, Y el área de la salida de luz es de 1 centímetro cuadrado, entonces la intensidad luminosa de la salida de luz es de 1600CD. Sin embargo, debido a la pérdida de transmisión de luz, la pérdida de reflexión o la película de transmisión de luz y la distribución desigual de la luz, el brillo de un proyector LCD real se reducirá en gran medida. Generalmente, una eficiencia de 50% es buena.

En el uso real, los cálculos de intensidad de luz a menudo usan unidades de datos que son más fáciles de examinar y mapear o cambiar de dirección. Para los cuerpos luminosos activos tales como pantallas LED, CD/metro cuadrado se utiliza generalmente como la unidad de intensidad luminosa, y el ángulo de visión se utiliza como un parámetro auxiliar, que es equivalente a la unidad de iluminancia lux en la superficie de la pantalla; este valor se muestra efectivamente en la pantalla. Multiplique las áreas para obtener la intensidad luminosa de toda la pantalla en el mejor ángulo de visión. Suponiendo que la intensidad luminosa de cada elemento gráfico en la pantalla es constante en el espacio correspondiente, este valor puede considerarse como el flujo luminoso de toda la pantalla. Generalmente, las pantallas LED al aire libre deben tener un brillo de más de 4000CD/metro cuadrado para tener un efecto de visualización ideal bajo la luz solar. Para LEDs interiores ordinarios, tEl brillo máximo es de aproximadamente 700-2000 CD/metro cuadrado.

La intensidad luminosa de un solo LED está en CD y está equipada con parámetros de ángulo de visión. La intensidad luminosa no tiene nada que ver con el color del LED. La intensidad luminosa de un solo tubo varía de unos pocos mCD a 5000mCD. La intensidad luminosa dada por el fabricante de LED se refiere al punto donde el LED se ilumina a una corriente de 20mA, el mejor ángulo de visión y la posición central con la mayor intensidad luminosa. Al empaquetar LED, la forma de la lente superior y la posición del chip LED desde la lente superior determinan el ángulo de visión del LED y la distribución de la intensidad de la luz. En términos generales, cuanto mayor sea el ángulo de visión del mismo LED, menor será la intensidad luminosa máxima, pero el flujo luminoso acumulado en todo el hemisferio tridimensional permanece sin cambios. Cuando varios LED están dispuestos de manera estrecha y regular, sus superficies esféricas luminosas se superponen entre sí, lo que resulta en una distribución relativamente uniforme de la intensidad luminosa en todo el plano luminoso.


Al calcular la intensidad luminosa de la pantalla, es necesario multiplicar el valor de intensidad luminosa de punto máximo proporcionado por el fabricante al 30% 90% de acuerdo con el ángulo de visión del LED y la densidad de emisión del LED, como la intensidad luminosa promedio de un solo tubo. Generalmente, La vida luminosa del LED es muy larga, y los fabricantes generalmente la marcan como más de 100.000 horas. De hecho, también se debe prestar atención al ciclo de desintegración de brillo del LED. , el brillo es solo la mitad del original.

El Período de atenuación del brillo tiene mucho que ver con el proceso material de la producción de LED. Generalmente, los LED de cuatro elementos con una atenuación de brillo más lenta deben seleccionarse cuando las condiciones económicas lo permitan. Color a juego y balance de blancos: El blanco es una mezcla de rojo, verde y azul según la relación de brillo. Cuando el brillo del verde en la luz es 69%, el brillo del rojo es 21% y el brillo del azul es 10%. Llegó en blanco puro. Sin embargo, las coordenadas de cromaticidad de los colores rojo, verde y azul del LED no pueden lograr el efecto del espectro de color completo debido al proceso de fabricación y otras razones. Controlar el brillo de los colores primarios, incluidos los colores primarios sesgados, para obtener luz blanca, se denomina combinación de colores. Antes de la combinación de colores para pantallas LED a todo color, para lograr el mejor brillo y el menor costo, intente elegir dispositivos LED con una relación de 3:6:1 para los tres colores primarios para formar píxeles. El balance de blancos requiere que los tres colores primarios sintetizados bajo el mismo valor gris sigan siendo blanco puro. Color primario, color primario: el color primario se refiere al color básico que puede sintetizar varios colores. Los colores primarios en la luz de color son rojo, verde y azul. La siguiente figura es una tabla de espectro, y los tres vértices de la tabla son longitudes de onda de color primario ideales. Si el color primario se desvía, el área donde se puede sintetizar el color disminuirá y los triángulos en la tabla espectral se reducirán. Desde un punto de vista visual, el color no solo se desviará, sino que también reducirá la riqueza.


La luz roja, verde y azul emitida por los LED se puede dividir aproximadamente en rojo púrpura, rojo puro, rojo anaranjado, naranja, amarillo anaranjado, amarillo, verde amarillo, verde puro, verde esmeralda, azul verde, azul puro, Azul Púrpura, etc. de acuerdo con sus diferentes características de longitud de onda y naranja rojo., Amarillo-verde y azul-púrpura son mucho más baratos que el rojo puro, el verde puro y el azul puro. Entre los tres colores primarios, el verde es el más importante, porque el Verde ocupa 69% del brillo del blanco, y está en el centro de la Mesa de disposición horizontal de color. Por lo tanto, en el modo de composición de tres colores primarios entre la pureza del color y el precio, en la aplicación de diseño de tres colores primarios, el balance de blancos y el valor de brillo máximo deseado generalmente se logran ajustando la corriente LED.

Por lo general, utilizamos el método de combinación de colores más simple y optimizado como método de reproducción de colores para diseñar tecnología de visualización a todo color. El balance de blancos es uno de los signos importantes para probar la composición del color. La luz blanca de tres colores primarios generalmente se fabrica mezclando los tres colores primarios de rojo, verde y azul de acuerdo con la relación de brillo. Cuando el brillo del verde en la luz es 69%, el brillo del rojo es 21% y el brillo del azul es 10%. Es blanco puro. Los primeros televisores CRT a las pantallas de cristal líquido LCD actuales están compuestos de esta manera.