ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИЕДИОДЫ

УСТРОЙСТВО ЛИНЕЙНЫХ ШКАЛ

Линейные шкалы способны отображать информацию в аналого-цифровом виде, что весьма удобно для считы­вания. В связи с этим они широко используются в изме­рительной технике, где позволяют заменить стрелочные измерительные приборы, тем самым повысить надеж­ность аппаратуры, сократить габариты и использовать интегральные схемы для управления.

В качестве представителя линейных хпкал может быть рассмотрен прибор АЛС317, который содержит пять кри­сталлов, собранных в схему с общим анодом. Шкала име­ет простую гибридную конструкцию: кристаллы собира­ются на никелевой рамке и прибор герметизируется про­зрачным полимером. Конструкция линейной шкалы допускает бесшовную стыковку. Устройство прибора пока­зано на рис. 5.5. Размер светящихся элементов 0,5Х XI,6 мм. Расстояние между центрами светящихся эле­ментов 1 мм.

Линейные шкалы изготавливают также в виде лине­ек из миниатюрных светоизлучающих диодов с 3, 4 и 5 светящимися элементами. Расстояние между центрами кристаллов 2,5 мм. Линейки допускают бесшовную сты­ковку и позволяют набирать протяженные индикаторы.

Сообщается о создании линейной шкалы светоизлу­чающих диодов, в которой используются кристаллы с из­меняющимся цветом свечения. Такие приборы позволя­ют создать многошкальные измерительные устройства, отображающие информацию в различных цветах.

Ведутся работы по созданию многоэлементных моно­литных линейных шкал для записи информации на фотоленку. Разрешающая способность устройств регистра­ции информации определяется плотностью размещения светоизлучающих элементов. В работе [123] сообщается о создании линейных шкал с размером излучающего эле­мента 20X35,' 60X60 и 20X100 мкм. Шаг между излуча­ющими элементами — от 50 до 200 мкм. Вывод света осуществляется либо в плоскости, перпендикулярной пло­скости р—и-перехода, либо через торец кристалла. Ли­нейные шкалы изготавливаются в основном из твердого раствора GaAs0,6Po,4 по планарной технологии. Исполь­зуются также структуры Gao.7Alo.3As с выводом излуче­ния через торец кристалла. Сила света лучших образцов линейных шкал составляла 35—40 мккд при прямом то­ке 1 МА через элемент, что соответствовало яркости 50— 60 тыс. кд/м2. Разброс яркости между отдельными эле­ментами не превышал 45 % при типичном значении 10— 15 % і

5.3. ФОТОМЕТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗНАКОВЫХ ИНДИКАТОРОВ

В результате многолетних исследований и конструк­торских разработок технические характеристики полу­проводниковых знаковых индикаторов достигли высоко­го уровня [120]: количество элементов отображения вод­ном индикаторе составляет 1—300 в серийных и 103— 104 в экспериментальных образцах; сила света индика­торов достигает 300—500 мккд; при условии примене­ния оптимальной комбинации светофильтров такие ин­дикаторы обеспечивают возможность считывания инфор­мации при внешней освещенности до 80 тыс. лк; по напряжению и току питания полупроводниковые индика-

торы полностью совместимы с биполярными и МДП-ин- тегральными схемами управления; благодаря высокому быстродействию (0,01—0,2 мкс) и линейной (или сверх - линейной) зависимости силы света от тока полупровод­никовые индикаторы способны работать в мультиплекс­ном режиме; по цветности свечения индикаторы изготав­ливают с красным, зеленым и желтым свечением; ведет-

ся разработка цифровых индикаторов с управляемым цветом свечения [120]; индикаторы характеризуются устойчивостью к жестким климатическим и механичес­ким воздействиям; срок службы индикаторов — десятки тысяч часов.

Фотометрические и электрические параметры некото­рых типов индикаторов приведены в табл. 5.1. Типичные диаграммы направленности излучения приведены на рис. 5.6. Различие в пространственном распределении излу­чения двух типов индикаторов на принципе рассеяния света обусловлено различием в конструкциях светопро­вода. Оптическое увеличение размера знака приводит к сужению диаграммы направленности излучения.

Большинство индикаторов имеет сверхлинейную за­висимость интенсивности излучения от тока, что делает энергетически выгодным применение импульсных режи­мов питания. На рис. 5.7 приведены типичные кандел-ам - перные характеристики р — «-переходов на основе GaP: N и GaAsi-жР* в импульсном режиме. Как видим, светоизлучающие диоды из этих материалов обладают сверхлинейной кандел-амперной характеристикой в ши-

Рис. 5.7. Кандел-амперные харак геристики приборов из GaP • м (/) и GaAsi-^Px (2) в папуль,, ном режиме работы [124]; п показатель степени в выражении

роком диапазоне токов, описываемой выражением

1в = А1я, (5.4)

где показатель степени п различен для разных мате­риалов. ,

Если в статическом режиме сверхлинейность сохра­няется до сравнительно небольших токов, превышающих номинальный в 1,5—2 раза, то в импульсном режиме - до токов, превышающих номинальный в десятки раз (ди­апазон токов с сверхлинейной зависимостью возрастает при увеличении скважности). При увеличении скважно­сти возрастает также сила света при определенном зна­чении среднего тока (рис. 5.8). Такая зависимость опти­ческих характеристик от скважности объясняется, по-ви­димому, тепловыми явлениями в р— п-переходе.

С учетом закона Тальбота повышение эффективности светоизлучающего диода при переходе от статического к импульсному режиму {124]

К = Q"-1. (5.5)

Применение импульсных режимов питания индикато­ров основано на свойстве человеческого глаза восприни­мать излучение, пульсирующее с частотой выше крити­ческой, как постоянное. Для средних уровней свечения р—«-структуры критическая частота fKp составляет 30— 35 Гц. При вибрации или перемещении индикатора зна­чение критической частоты возрастает в 2—3 раза [124].

Современная схемотехника управления индикаторами широко применяет мультиплексный режим, позволяю­щий резко сократить число интегральных схем, исполь­зуемых для обработки и передачи информации, а также число выводов индикатора. Благодаря сверхлинейной зависимости светового потока от тока и высокому быст­родействию полупроводниковые индикаторы наилучшим

образом удовлетворяют требованиям мультиплексного управления.

При мультиплексном режиме работы цифрового мно­горазрядного индикатора происходит последовательное обегание импульсами тока всех его т разрядов (режим развертки). Для оптимального импульсного режима ра­боты индикаторных устройств частота следования им­пульсов ‘должна в 1,5—2 раза превышать критическую частоту f ”р:

Пр = <р. , (5.6)

Успешной работе индикаторов в мультиплексном ре­жиме способствует малая емкость р — n-переходов: для индикаторов из GaAso,6Po,4 типичная емкость сегмента составляет 75 пФ.

Если необходимо обеспечить силу света индикатора, соответствующую его номинальной силе света в стати­ческом режиме, то пиковое значение импульса тока мо­жет быть определено по формуле [124]

/пр a = QllnI*, (5.7)

где 1а — номинальный постоянный прямой ток.

При проведении расчетов оптимального импульсного режима показатель степени п можно принять: для ^5 «=1,4; для Q>5 «=1,2 [124].

Практическое применение импульсного режима рабо­ты для индикаторов из GaAs^P* дает следующие ре­зультаты: сила света на постоянном токе 5 мА соответ­ствует силе света при среднем значении импульсного то­ка 0,5 — 1 мА. Для лучших образцов индикаторов сила света 400 мккд обеспечивается при постоянном токе 3 мд и среднем токе 0,3 — 0,5 мА.