С целью снижения ошибок в распознавании также интенсивно исследовались буквенно-цифровые индикаторы в виде матриц с 5х7 элементами. Оказалось, что некоторые ошибки встречаются намного чаще других, и это нужно учитывать при разработках новых индикаторов. Наиболее часто неправильно воспринимаются Q (читают как 0), 5 (читают как S), V (читают как Y), Z (читают как 2) и I (читают как Г). В другой работе была проведена оценка числа ошибок для 3-миллиметровой матрицы из 5х7 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 намного больше, а другие намного меньше ошибок, чем в среднем.
Выяснилось, что при использовании начертаний, отличных от использованных в упомянутой работе, наибольшее количество ошибок падает на Q (читают как О), А (читают как Н) и S (читают как 5). Эти ошибки необратимые, т. е. О не читают как Q и т. д. Было показано, что суммарное число ошибок для всех символов монотонно возрастало при увеличении освещенности фона. Это означает, что распознавание любых символов затрудняется при снижении яркостного контраста. Число ошибок 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 наилучшего 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 глазом излучения наиболее заметна для красной части спектра, в которой проводился эксперимент. В красной 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 высококачественные 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 различна, что диктуется экономическими соображениями. Для малогабаритных индикаторов более пригодны монолитные конструкции, поскольку при уменьшении размеров резко возрастает стоимость монтажа отдельных элементов. В больших же семиполосковых индикаторах ограничивающим фактором является стоимость материала; поэтому в таких индикаторах свет семи маленьких светодиодов распределяется по необходимой поверхности с помощью дешевых пластмассовых рефлекторов. Например, в 9-миллиметровом индикаторе площадь, занимаемая полупроводником, составляет ~5% площади всей освещаемой поверхности. Рефлекторы можно сконструировать так, чтобы полоски освещались равномерно или чтобы в отдельных частях полосок яркость была выше (при этом цифра будет казаться состоящей из светящихся точек). Изображение в маленьких или больших матрицах с 5х7 элементами аналогичным образом формируется с помощью 35 отдельных светодиодов. Необходимый контраст изображения в большинстве индикаторов достигается с помощью цветных светофильтров. В условиях сильного освещения также важно уменьшать отражение внешнего света от передней поверхности светофильтра, т.е. снижать его блеск. Зеркальное отражение можно уменьшить, делая поверхность светофильтра матовой. При нормальном падении коэффициент зеркального отражения от матовой поверхности Rs равен:
Rs=R0ехр[(4·p·s)2/l2], (1.13)
Таблица 1.1 - Основные материалы для светодиодов
| Полупроводник | 4050710, А | Цвет | Эффективность% | Быстродействие,Нс |
| GaAs | 9500 9000 | ИК | 12; 50 5* 02 | 10 5-7 0...10 5-6 0 10 5-9 0...10 5-8 0 |
| GaP | 69005500 | КрасныйЗелёный | 70,7 | 10 5-7 0...10 5-6 0 10 5-7 0...10 5-6 0 |
| GaN | 52004400 | Зелёный Голубой | 0,01 0,005 | |
| GaAs 41-x 0P 4x 0 | 66006100 | КрасныйЯнтарный | 0,50,04 | 3770105-803770105-80 |
| Ga 41-x 0Al 4x 0As | 80006750 | ИККрасный | 121,3 | 105-80 3770105-80 |
| In 41-x 0Ga 4x 0P | 65905700 | КрасныйЖелто-зеленый | 0,20,1 |
Полупроводниковые светоизлучающие диоды изготавливают в настоящее время на основе бинарных и нтерметаллических соединений типа AIIIBV и многокомпонентных твердых растворов этих соединений. В данной главе будут кратко рассмотрены основные электрофизические свойства наиболее широко применяемых в производстве ветоизлучающих диодов полупроводниковых соединений –GaAs и GaP.
Большое внимание к GaAs в начальный период исследования соединений типа АIIIВV было связано с представлением о том, что На основе GaAs возможно создание высокочастотных и высокотемпературных транзисторов, так как подвижность электронов в нем значительно выше, а их эффективная масса почти на порядок меньшие, чем в Ge. Однако эти ожидания не оправдались, так как время жизни носителей в GaAs оказалось весьма малым.
Первые важные области применения GaAs были связаны с использованием его для производства туннельных диодов. Значительную и все возрастающую роль GaAs играет в производстве фотопреобразователей солнечной энергии в электрическую.
Наиболее массовое применение GaAs нашел в производстве диодных источников спонтанного и когерентного излучений. На основе GaAs созданы высокоэффективные излучающие диоды инфракрасного диапазона, находящие разнообразные применения в оптоэлектронике. Широкое применение в производстве светоизлучающих диодов, знаковых индикаторов, лазеров и ИК диодов находят твердые растворы GaAs с GaP и AlAs.
Основной промышленный метод получения GaAs - метод Чохральского. Значительное распространение находит также горизонтальная направленная кристаллизация по методу Бриджмена. Монокристаллы GaAs по параметрам распределяются на несколько марок. Монокристаллы n-типа легируются Те, Sn или ничем не легируются, монокристаллы р-типа легируются Zn [1].
Содержание посторонних примесей в GaAsn- и р-типов не превышает (% по массе): 1·10-5% Cu; 6·10-5% Со; 1·10-4% Fe; 5·10-6% Mn; 5·10-5% Cr; 2·10-5% Ni.
GaP, так же как и GaAs, кристаллизуется в структуре цинковой обманки с ребром элементарной кубической ячейки 5,4506 А. Кратчайшее расстояние между центрами ядер элементов решетки GaP равно 2,36 А, что составляет сумму атомных радиусов Р (1,1 А) и Ga (1,26 А).
Промышленное получение монокристаллического GaP осуществляется в две стадии: синтез-получение крупных поликристаллических слитков и выращивание монокристаллов по методу Чохральского из расплава, находящегося под слоем флюса. Монокристаллы GaP по параметрам делятся на несколько марок. Монокристаллы n-типа легируются Те или S или ничем не легируются, монокристаллы р-типа легируются Zn, монокристаллы высокоомного GaP легируются хромом или другими примесями с глубокой энергией залегания. Следует отметить, что в связи с условиями выращивания (высокая температура, высокое противодавление Р, наличие флюса, отсутствие стойких контейнерных материалов) монокристаллы GaP характеризуются высоким уровнем неконтролируемых фоновых примесей (примерно 5·1016-1·1017 см-3), а также высокой плотностью дислокации (более 104 см-2). Поэтому монокристаллы GaP не обладают пригодной для практики люминесценцией и для получения светоизлучающих р-n-переходов необходимо выращивать эпитаксиальные слои GaP.
Uгас. – напряжение гасящее;
Uпит. – напряжение питания;
Uсв. – напряжение светодиода;
Iсв. – ток светодиода ;
Rсв. – нагрузочный резистор светодиода;
Есв. – эффективность светодиода;
F – световой поток;
Р – мощность;
Ω – телесный угол;
α – угол наблюдения;
Исходные данные:
Ток светодиода – 20 mA;
напряжение сети – 9 В;
напряжение светодиода – 3,6 В;
угол наблюдения – 15°;
сила света – 6,4 кд
Эффективность E светодиодов (далее СИД) определяется отношением светового потока F, производимого СИД к «закачанной» в него мощности P. Это общая эффективность, включающая в себя энергетическую эффективность самого СИД, зависящую от физики работы, материала и конструкции СИД и световую эффективность зрения для спектра излучения данного СИД. Общая эффективность измеряется в люменах (лм) на ватт (Вт):