Курсова робота ОПТОЕЛЕКТРОННІ СИСТЕМИ ВІДОБРАЖЕННЯ ІНФОРМАЦІЇ 3 ЗМІСТ ВСТУП………………………………………………………………………….……4 РОЗДІЛ 1 ВІЗУАЛІЗАЦІЯ ДАНИХ……………………………………………..5 1.1 Графічні методи візуалізації інформації……………………………..…5 1.2 Техніка візуалізації…………………………………..……………….….9 РОЗДІЛ 2 ОПТОЕЛЕКТРОННІ КОМПОНЕНТИ СИСТЕМ ВІДОБРАЖЕННЯ ІНФОРМАЦІЇ………………………………………………13 2.1 Світловипромінювальні діоди (СД) як індикатори для відображення інформації ……………….…………………………………………………..…..…13 2.1.1Фізичні процеси в світловипромінювальних діодах…………………14 2.1.2 Методика формування надяскравих СД білого світла……………...18 ВИСНОВКИ………………………………………………………………..………22 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ..………………………………….…..23 4 ВСТУП Фізичну основу оптоелектроніки складають процеси перетворення електричних сигналів в оптичні і оптичних в електричні; розповсюдження випромінювання у видимій, інфрачервоної та ультрафіолетової областях спектра в різних середовищах; взаємодії електромагнітних випромінювань оптичного діапазону з речовиною. Оптоелектроніка синтезує досягнення ряду галузей науки і техніки: квантової електроніки, напівпровідникової електроніки, мікроелектроніки. При розробці оптоелектронних приладів широко використовуються можливості технології виробництва інтегральних мікросхем. Основу практично будь-який оптоелектронної системи складають генератори когерентного і некогерентного випромінювання. Генератори когерентного випромінювання отримали назву лазерів. Велику групу джерел некогерентного випромінювання складають світлопроводи. конструювати: Застосування канали оптоелектронних зв'язку з високою приладів інформаційною дозволяють місткістю; запам'ятовуючі пристрої з високою щільністю запису інформації (10 8 біт/см2); близькі до ідеальних елементів розв'язки входів і виходів пристроїв зв'язку; пристрою індикації й відображення інформації; системи розпізнавання образів; перспективні типи інтегрально-оптичних пристроїв і систем; передавати електромагнітну енергію концентровано і з малими втратами; забезпечувати паралельну обробку великих обсягів інформації при використанні тимчасової і просторової модуляції світлового променя. Мета курсової роботи полягала у вивченні фізичних та технологічних основ функціонування систем візуалізації та відображення інформації; вимірюванні робочих характеристик світловипромінювальних діодів компонентів оптоелектронних систем відображення інформації. як 5 РОЗДІЛ 1 ВІЗУАЛІЗАЦІЯ ДАНИХ 1.1 Графічні методи візуалізації інформації Візуалізація даних – це наочне представлення масивів різної інформації. Класифікують декілька типів візуалізації. Візуальне представлення кількісної інформації в схематичній формі. До цієї групи можна віднести кругові та лінійні діаграми, гістограми і спектрограми, таблиці і різні точкові графіки. Дані при візуалізації можуть бути перетворені у форму, що посилює сприйняття і аналіз цієї інформації. Наприклад, карта і полярний графік, тимчасова лінія і графік з паралельними осями, діаграма Ейлера. Концептуальна візуалізація дозволяє розробляти складні концепції, ідеї і плани за допомогою концептуальних карт, діаграм Ганта, графів з мінімальним шляхом та інших подібних видів діаграм. Стратегічна візуалізація переводить у візуальну форму різні дані про аспекти роботи організацій. Це всілякі діаграми продуктивності, життєвого циклу і графіки структур організацій. Графічно організувати структурну інформацію за допомогою пірамід, дерев і мап даних допоможе метафорична візуалізація, яскравим прикладом якої є мапа метро. Комбінована візуалізація дозволяє об’єднати кілька складних графіків в одну схему, як в мапі з прогнозом погоди. Рис.1.1. Різні типи представлення інформації методами візуалізації 6 Візуальна інформація краще сприймається і дозволяє швидко і ефективно донести до глядача власні думки та ідеї. Фізіологічно, сприйняття візуальної інформації є основною для людини. Наукові дослідження підтверджують, що: 90% інформації людина сприймає через зір; 70% сенсорних рецепторів знаходяться в очах; близько половини нейронів головного мозку людини задіяні в обробці візуальної інформації; на 19% менше при роботі з візуальними даними використовується когнітивна функція мозку, що відповідає за обробку та аналіз інформації; на 17% вище продуктивність людини, що працює з візуальною інформацією; на 4,5% краще згадуються докладні деталі візуальної інформації; в 60 000 разів швидше сприймається візуальна інформація в порівнянні з текстовою. На графіках людина швидше знайде мінімальне і максимальне значення: 10% людина запам’ятовує з почутого, 20% – з прочитаного, і 80% – з побаченого і зробленого; на 323% краще людина виконує інструкцію, якщо вона містить ілюстрації. Інструкцію знизу набагато легше і швидше зрозуміти і виконати. Людина схильна обробляти саме візуальну інформацію. Візуалізація даних має кілька переваг: - акцентування уваги на різних аспектах даних; - аналіз великого набору даних зі складною структурою; - зменшення інформаційного перевантаження людини і утримування її уваги; - однозначність і ясність виведених даних; - виділення взаємозв’язків і відносин, що містяться в інформації. Успіх візуалізації безпосередньо залежить від правильності її застосування, а саме від вибору типу графіка, його вірного використання та оформлення. Графік дозволяє висловити ідею, яку несуть дані, найбільш повно і точно, тому дуже важливо вибрати відповідний тип діаграми. Вибір можна здійснити за алгоритмом. Цілі візуалізації – це реалізація основної ідеї інформації, це те, заради чого потрібно показати вибрані дані, якого ефекту потрібно досягнути – виявлення взаємозв’язків в інформації, відображення розподілу даних, композиції або порівняння даних. 7 Рис.1.2. Кругова діаграма, яка візуалізує інформацію про те, що 60% успіху візуалізації залежить від вибору типу графіка, 30% – від його правильного використання та 10% – від його вірного оформлення Рис.1.3. Графіки для відображення співвідношення даних (перших ряд) та для відображення композиції порівняння даних (другий ряд) 8 Після визначення мети візуалізації потрібно визначити тип даних. Вони можуть за своїм типом і структурою бути дуже різнорідними, але в самому простому випадку виділяють безперервні числові і тимчасові дані, дискретні дані, географічні та логічні дані. Безперервні числові дані містять в собі інформацію залежності однієї числової величини від іншої, наприклад графіки функцій, такий як y = 2x. Безперервні тимчасові містять в собі дані про події, що відбуваються на якомусь проміжку часу, як графік температури, вимірюваної кожен день. Дискретні дані можуть містити в собі залежності категорійних величин, наприклад графік кількості продажів товарів у різних магазинах. Географічні дані містять в собі різну інформацію, пов’язану з місцем розташування, геологією та іншими географічними показниками, яскравий приклад – це звичайна географічна карта. Логічні дані показують логічне розташування компонентів відносно один одного, наприклад генеалогічне древо сім’ї. Залежно від мети і даних можна вибрати найбільш підходящий їм графік: лінійний (line); з областями (area); колонки і гістограми (bar); кругова діаграма (pie, doughnut); полярний графік (radar); точковий графік (scatter, bubble); карти (map); дерева (tree, mental map, tree map); тимчасові діаграми (time line, gantt, waterfall). Рис. 1.4. Графіки неперервних числових і часових даних, дискретних даних, географічних і логічних даних 9 Візуалізація – потужний інструмент донесення думок та ідей до кінцевого споживача, помічник для сприйняття та аналізу даних. Але як і всі інструменти, її потрібно застосовувати в свій час і в своєму місці. В іншому випадку інформація може сприйматися повільно, а то і некоректно. Таблична форма представлення даних годиться для їх зберігання і обробки, але вже на фазі аналізу ми використовуємо інші, графічні представлення даних, наприклад діаграми розcіяння, графіки, гістограми та стовпчасті діаграми. Графічна форма полегшує сприйняття інформації як цілого, вочевиднює її особливості, тенденції та аномалії – що цікаво не лише аналітикові, а й остаточному споживачу. 1.2. Техніки візуалізації Технік візуалізації досить багато, і серед них трапляються дуже складні, але для передачі багатьох повідомлень досить дуже простих технік, інколи трохи доопрацьованих «по місцю». Для вибору належної техніки візуалізації такої, щоби вона унаочнювала саме ту властивість даних, яку хочеться показати сприймачеві – продуктивно скористатися класифікацією з діаграми Джина Желязни. Техніки візуалізації в ній організовано у дерево, коренем якого виступає питання: «Що ми хочемо показати?». Розподіл Одна змінна Небагато точок даних / категорій / інтервалів Розподіл Одна змінна Багато точок даних 10 Розподіл Дві змінні Розподіл Три змінні Композиція Статична Зміна протягом часу Небагато періодів Зв’язок чи залежність Двох змінних Проста частина в цілому Важливі тільки відносні відмінності. Для побудови якісних візуалізацій краще використовувати спеціалізовані інструменти, тим більше, що серед них є вільні і досить прості в використанні . 11 RAW. Онлайн-сервіс швидкої візуалізації даних. Дозволяє швидко будувати досить екзотичні діаграми, зокрема bump chart, alluvial chart, streamgraph, тощо. Дані можна завантажити з кліпбоарду як CSV, обрати тип візуалізації і прив’язку змінних до наявних способів кодування інформації. Далі можливе тонше налагодження кольорів, розмірів та специфічних для поточного типу діаграми параметрів. Результат може бути експортований у SVG для подальшої обробки в Inkscape чи Illustrator, в зображення PNG або в об’єкт JSON. http://app.raw.densitydesign.org Chartbuilder. Дуже простий у використанні інструмент, що приймає дані у JSON або копіюванням (роздільник — табулятор). Будує прості XY графіки. Експортує у PNG, SVG і JSON. https://quartz.github.io/Chartbuilder/ Silk. Платформа публікації даних із можливостями обробки і візуалізації. www.silk.co Quadrigram. Сервіс побудови інтерактивних сторінок з тексту, зображень і діаграм. http://www.quadrigram.com/ Color Brewer. Веб-інструмент добирання кольорів для розфарбовування мап. colorbrewer2.org Mapshaper. Веб-інструмент для редагування Shapefile, GeoJSON, TopoJSON, mapshaper.org Для того, щоб людина могла сприймати будь-яку інформацію, повинна бути створена певна її індикація. Залежно від індикації інформаційні потоки поділяються на: цифрові (цифровий запис в документі, цифрове відображення на моніторі); · алфавітні (словесний запис в документі, на екрані монітора); · символічні (умовне відображення на кресленнях, організаційних схемах); · предметно-візуальні (телезображення, фотографія). Структура інформаційних потоків визначає їх однорідність і неоднорідність. Однорідні інформаційні потоки характеризуються єдиним видом носія, єдиною функціональною належністю, єдиним інформаційні потоки Ефективність видом не сучасних документального відповідають засобів усім супроводу. Неоднорідні вищенаведеним інформаційно-обчислювальної вимогам. техніки забезпечується насамперед функціональною цілісністю, паралельністю обробки 12 елементів, змінністю ієрархічністю, структури, розподіленням однорідністю, елементів у багатофункціональністю, просторі, економічністю та надійністю. Розглянемо використання елементів оптоелектроніки для обробки інформації. По-перше, – це дискретні оптоелектронні цифрові системи, які поділяються на інтегральну оптику та когерентні дискретні оптичні прилади. В інтегральній оптиці оптоелектронні елементи використовуються для гальванічної розгортки при конструюванні великих інтегральних схем. У когерентних дискретних оптичних приладах використовується ефект гасіння генерації напівпровідникового лазера світлом іншого лазера. При цьому досягається висока швидкодія логічних та запам’ятовувальних оптичних елементів. По-друге, аналогові системи, в яких головним є обробка оптичних зображень. У цих системах використовується когерентне оптичне випромінювання лазера. Синтез зображень виконується за допомогою транспарантів, матричних систем. По-третє, системи оптичної пам’яті. Побудова оперативної оптоелектронної пам’яті стримується відсутністю надійних реверсивних оптичних середовищ. По-четверте, оптичні системи вводу-виводу інформації в ЕОМ. Ці пристрої використовують принцип безпосереднього вводу символів оператором за допомогою ручки, що з’єднана пантографом із лазером, який повторює запис на голографічній пластині. Перетворення сигналів на цифровий код здійснюється матрицею кремнієвих фотодіодів. Оптичні системи вводу-виводу мають істотні переваги порівняно з механічними або електричними способами вводу та відображення інформації. На сучасному етапі проектування оптико-електронних систем ввідображення інформації останнім досягненням є створення матричних екранів, які дають змогу розширювати функціональні можливості пристроїв та забезпечують запам’ятовування зображень. 13 РОЗДІЛ 2 ОПТОЕЛЕКТРОННІ КОМПОНЕНТИ СИСТЕМ ВІДОБРАЖЕННЯ ІНФОРМАЦІЇ Галузь візуалізації інформації сформувалась завдяки досліджень взаємодії людини і комп'ютера, розвитку комп'ютерних наук, дизайну та бізнес-методів. Вона застосовується Використання як прикладних важливий компонент комп’ютерних програм наукових та досліджень. оптоелектронних світлодіодних та індикаторних систем дозволяє проводити детальний аналіз та порівняння різних даних. Оптоелектронні прилади і пристрої дозволяють як візуалізувати, так і відображувати інформацію. Засоби відображення інформації поділяють на дві групи: засоби індивідуального та колективного використання. Засоби індивідуального користування включають в себе основні групи пристроїв: реєстратори; індикатори; алфавітно-цифрові та графічні системи. До засобів відображення колективної інформації відносять екрани, табло, системи картинної логіки. Поєднання функцій перетворення, зберігання і візуалізації індикації в одному елементі дає реальну можливість створення на їх основі інформаційновимірювальних і обрахункових структур, які відрізняються новими функціональними можливостями. Вони характеризуються високими критеріями ефективності, мінімальними апаратурними затратами та високою швидкодією. 2.1 Світловипромінювальні діоди як індикатори для відображення інформації 2.1.1 Фізичні процеси в світловипромінювальних діодах Світловипромінювальний діод (СД) – це напівпровідниковий пристрій, який випромінює некогерентне світло при пропусканні через нього електричного струму (ефект, відомий як електролюмінесценція). 14 Випромінюване світло традиційних світлодіодів лежить у вузькій ділянці спектру, а його колір залежить від хімічного складу використаного у світлодіоді напівпровідника. Світлодіоди – це малоінерційні напівпровідникові джерела випромінювання, які працюють при прямій напрузі. Матеріали для світлодіодів повинні мати ширину забороненої зони більше 1,7 еВ. Германій і кремній непригодні для цього, оскільки ширина забороненої зони у них набагато менша. Для сучасних світлодіодів застосовують головним чином фосфід галія GaP та карбід кремнію SiC, а також тверді розчини GaAlAs, GaAsP. Внесення в напівпровідник фосфору дозволяє одержувати світіння різних кольорів. Крім світлодіодів, які дають видиме світіння, випускаються світлодіоди інфрачервоного випромінювання (ІЧВ) із арсеніду галія GaAs. Їх застосовують у фоторелє, різноманітних сенсорах, вони входять до складу оптронів. Існують світлодіоди змінного кольору з двома світловипромінювальними переходами, один із яких має максимум спектральної характеристики в червоній частині спектра, а друга - в зеленій. Колір світіння такого світлодіода залежить від співвідношення струмів через переходи. До джерел випромінювання, електролюмінісцентні конденсатори крім і світлодіодів лазери відносять (джерела також когерентного випромінювання). В електролюмінісцентних конденсаторах діелектриком служить електролюмінатор, який під дією прикладеної напруги випромінює світло. Електролюмінісцентним джерелам притаманна висока монохроматичність світла і можливість сформувати вузьконаправлений пучок при високій швидкодії. Серед електролюмінісцентних матеріалів особливе місце займають сполуки елементів другої і шостої груп періодичної системи (сполуки АII – ВVІ ). Це з'єднання цинку і кадмію з сіркою і селеном: ZnS; ZnSe; ZnSxSex; ZnxCdxS і т. д. Найбільше застосування знайшов ZnS, активований домішками Мn, АІ, СІ, Сu. Світіння сірчистого цинку, в залежності від введених активаторів лежить у видимій області спектру в діапазоні довжин хвиль від 450 нм (блакитний колір) до 600 нм (жовто-помаранчевий колір). Електролюмінісцентний конденсатор містить підкладку, на яку послідовно 15 наносять шар провідника (нижній електрод), шар електролюмінофору, захисний шар і верхній електрод. Якщо вихід світла передбачається через підкладку, то вона повинна бути прозорою. Як провідники застосовують оксиди металів. Перспективними, для СД є гетероструктури, які виникають при контакті двох напівпровідників з різною шириною забороненої зони. Гетеропереходи характеризуються - різними рівнями потенціального бар'єру для зустрічних потоків дірок і електронів, що приводить односторонньої інжекції носіїв з широкозонного емітера в вузькозонну базу. Концентрація носіїв, інжектованих в базу, може бути на декілька порядків вищою від рівноважного значення концентрації в емітерній області. У гетероструктурах оптичні властивості емітера і бази різні. Оскільки і широрокозонний емітер слабо поглинає довгохвильове випромінюванню, яке генерується вузькозонною базою, то світлова хвиля концентрується в оптично більш щільній області. Перераховані високоефективні швидкодіючі властивості випромінювачі. дають створювати Проте для їх реалізації необхідно одержати досконалі гетероструктури, а для цього постійні кристалічних ґраток контактуючих напівпровідників повинні бути практично однаковими. Виготовлення світловипромінюючих структур (гетерогенних або гомогенних) в напівпровідниках типу А III базується на трьох основних процесах: газофазна і рідко фазна епітаксія, дифузія, іона імплантація. Найбільше застосування знайшов метод рідкофазної епітаксії, не зважаючи на його складність. Конструкції СД діодів різноманітні. Випромінююча активна область може бути по-різному розміщена на кристалі. Плоска конструкція, найпростіша і дозволяє створювати діоди з великою робочою поверхнею (в декілька квадратних міліметрів). Кращі сучасні світлодіоди плоскої конструкції забезпечують зовнішню ефективність до 20%, середнє значення для різних матеріалів і типів становить 16%, а для SіС – лише до 0,1%. Недоліком плоских СД є низький коефіцієнт корисної дії. Це пояснюється тим, що в плоскій конструкції кут виходу випромінювання обмежується повним внутрішнім 16 відбивання від границі розділу напівпровідник – середовище. Його значення залежить від коефіцієнтів заломлення напівпровідника і середовища. Конусна конструкція покращує діаграму направленості торцевого випромінювання структур і широкою активною областю (наприклад, GaAs (Sі)). До недоліків конусної конструкції слід віднести складність виготовлення, збільшення вартості і габаритних розмірів пристрою. Світіння інжекційних СД перекриває всю видиму частину спектра від фіолетового свічення карбіду кремнію до ближньої інфрачервоної області (область випромінювання GaAs). Змінюючи питомий вміст компонентів твердого розчину GaAsxPx, можна коректувати положення максимуму спектральної характеристики світлодіодів в діапазони хвиль від 565 до 920 нм. Зелено-синя частина спектра освоєна значно менше, ніж оранжевочервона. Зразки GaN-світлодіодів генерують синє світіння ( = 0,44 мкм). В зелено-синій області можуть працювати і SiC-випромінювачі, які зіграли важливу роль у відкритті і поясненні інжекційної люмінесценції. Проте технологія виготовлення цих випромінювачів складна, а ефективність низька. Інжекційні лазери є основою когерентної оптоелектроніки, оскільки характеризуються високою монохроматичністю випромінювання. Лазери дозволяють концентрувати високі енергії у вузькій спектральній області при високому ККД (приблизно 70 %) і швидкодії сотні наносекунд. Ці лазери можна виготовляти у вигляді матриць на одному базовому кристалі по тій же технології, що й інтегральні схеми. Недоліком простих напівпровідникових інжекційних лазерів є те, що вони мають прийняті характеристики лише при глибокому охолодженні. При нормальній температурі GaAs-лазери мають малий ККД (приблизно 1 %), низьку стабільність, малий термін служби. У даний час дослідження і розробки зосереджені на створенні інжекційних лазерів на гетеропереходах (в основному GaAs – GaAlAs), в тому числі на системах з декількома гетеропереходами. В останньому випадку можлива робота в неперервному режимі і при кімнатній температурі. Довжина хвилі = 900 ± 2нм, а її температурна залежність сягає 0,25 нм/К. В імпульсних 17 режимах досягається потужність 10 – 100 Вт, в неперервних – одиниці міліват. Термін служба лазерів приблизно 10000 годин. Сучасні світлодіоди можуть випромінювати на довжині хвилі від інфрачервоної до близького ультрафіолету, та навіть існують методи поширення смуги випромінювання і створення білих світлодіодів. На відміну від ламп розжарювання, які випромінюють світловий потік широкого спектру рівномірно на всіх напрямках класичні світлодіоди випромінюють світло певної довжини хвилі і в певному напрямі. Світлодіод був розвинений до лазерних діодів, які працюють на тому ж принципі, але дозволяють направлене випромінювання когерентного світла. 2.1.2 Методика формування надяскравих СД білого світла На сьогоднішній день існують п'ять основних шляхів отримання білого світла завдяки вживанню напівпровідникових матеріалів АІІІВV. Розміщення в одному корпусі трьох мікрокристалів (чипів), які забезпечують випромінювання світла трьох основних кольорів — червоного, зеленого і синього. Конструкція такого СД показана на рис.2.1: інтенсивність випромінювання на кожній з трьох основних довжин хвиль, а також коректуючи положення їх максимумів зміною складу твердого розчину активних шарів, які забезпечують необхідну довжину хвилі електромагнітного Рис. 2.1. Конструкція білого СД на основі чипів червоного, зеленого і синього світіння: 1 - виводи катода з чашкоподібним рефлектором; 2 – чип; кольору випромінювання; 3 - чип зеленого кольору випромінювання; 4 - чип червоного кольору випромінювання. Адаптовано із роботи 18 випромінювання, можна досягти певного тону білого світла. Цей шлях дозволяє створювати СД з керованою довжиною хвилі випромінювання. Використовування синіх СД, покритих люмінофором на основі фосфору. Біле світло утворюється завдяки збудженню короткохвильовим (синім) світлом довгохвильового люмінесцентного випромінювання в люмінофорі. Люмінофор перетворює синє світло на широкосмугове випромінювання видимого діапазону, сприймане як біле світло певного відтінку. Поліпшення характеристик СД залежить від удосконалення люмінесцентних матеріалів. Одним з багатообіцяючих шляхів є розробка люмінофорів на основі фосфору з добавками рідкоземельних елементів. Патент на перший світлодіод - прилад, що дає випромінювання на напівпровідниковому переході при пропусканні електричного струму, був отриманий працівниками компанії «Texas Instruments» Бобом Б’ярдом і Гарі Пітманом в 1961 році. Згодом світлодіоди на основі GaAs і GaP почали випускати промислово для використання як індикаторів. Перший світлодіод, який працює у видимому діапазоні був розроблений групою Ніка Холоняка в компанії «General Electric» в 1962 році. Еволюція світлодіодів у 1960-1970-х поступово привела до створення приладів, які мали колір від червоного до зеленого. Найбільш популярними матеріалами були GaP (червоний - зелений) та GaAsP (жовтий – високоефективний червоний). При цьому з’явилися багато нових сфер використання світлодіодів у калькуляторах, цифрових годинниках і тестових приладах. На початку 1980-х з появою нового матеріалу, GaAlAs (галій-алюмінієвий арсенід) почалася революція у виробництві світлодіодів. GaAlAs дозволив підвищити ефективність 10 разів, що привело до нових використань у зовнішніх знаках та надписах, зчитуванні штрих-коду, передачі даних через оптичне волокно і медичному обладнанні. Але GaAlAs працював тільки у червоній ділянці спектру (660 нм) та мав короткий час життя (більш 50% падіння ефективності після 100 000 годин роботи). Але частина цих проблем була вирішена за рахунок появи лазерних діодів у 1980 - х роках. Через декілька років був розроблений новий люмінесцентний матеріал InGaAlP, який дозволив плавне підстроювання кольорів за рахунок зміни ширини 19 забороненої зони напівпровідникового матеріалу. Наступним кроком у розвитку була розробка кампанією «Toshiba» метода нанесення MOCVD (метал–оксидне хімічне парове нанесення, Metal Oxide Chemical Vapor Deposition), який дозволив створити більш складний пристрій з ефективністю до 90%. У тож же час корпорації «Nichia» запропонувала перші блакитні світлодіоди на основі GaN, InGaN та SiC. Створення Лабораторією фундаментальних досліджень компанії NTT світлодіода, випромінюючого хвилі в ультрафіолетовій частині спектру 210 нм знайшло широке застосування в медицині і техніці. Сучасні напрямки розвитку включають розробку органічних світлодіодів, які повинні дозволити виробництво дешевих та екологічно безпечних пристроїв, використання квантових точок, які дозволяють отримувати біле світло, та просування далі у короткохвилеву область. Не дивлячись на це, у зв'язку з розвиненістю кремнієвої технології, роботи із створення світлодіодів на основі кремнію активно ведуться. Останнім часом великі надії пов'язують з технологією квантових точок і фотонних кристалів. У таблиці 2.1 наведена частотна залежність кольору світіння СД. Кожний колір має кількісно вимірювані фізичні характеристики: спектральний склад, яскравість, насиченість, ясність. Однаково насичені відтінки, які відносяться до одного й того ж кольору спектру, можуть відрізнятися один від одного ступенем яскравості. Наприклад, при зменшенні яскравості синій колір поступово наближається до чорного. Будь-який колір при максимальному зниженні яскравості стає чорним. Яскравість, як і інші кольорові характеристики реального забарвленого об'єкту, значно залежать від суб'єктивних причин, обумовлених психологією сприйняття. Два відтінки одного тону можуть розрізнятися ступенем насиченості. Наприклад, при зменшенні насиченості синій колір наближується до сірого. Ступінь близькості кольору до білого називають ясністю. Будь-який відтінок при максимальному збільшенню ясності стає білим. Конкретний хроматичний колір може бути віднесеним до певного спектрального кольору. Відтінки, схожі з одним і тим самим кольором спектру (але розрізняються, наприклад, насиченістю і яскравістю), належать до одного і того же тону. При зміні тону, 20 наприклад, синього кольору в червоному напрямку спектру він змінюється блакитним, в зворотньому – фіолетовим. Таблиця 2.1 Залежність кольору світіння світлодіодів від частоти [9] Колір Діапазон довжин хвиль, нм Діапазон частот, ТГц Червоний 625 – 740 480 – 405 Діапазон енергії фотонів, еВ 1,68 – 1,98 Оранжевий 590 – 625 510 – 480 1,98 – 2,10 Жовтний 565 – 590 530 – 510 2,10 – 2,19 Зелений 500 – 565 600 – 530 2,19 – 2,48 Блакитний 485 – 500 620 – 600 2,48 – 2,56 Синій 440 – 485 680 – 620 2,56 – 2,82 Фіолетовий 380 – 440 790 – 680 2,82 – 3,26 Світловипромінюючі діоди є основою більш складних приладів (рис.2.2): - лінійна світлодіодна шкала - інтегральна мікросхема, яка складається із світлодіодних структур (сегментів), кількість яких від 5 до 100, та розміщені послідовно. Такі шкали заміняють щитові вимірювальні прилади та використовуються для відображення інформації, яка постійно змінюється; - цифро-літерний світлодіодний індикатор - інтегральна мікросхема із декількох діодних структур, які так, щоб при відповідній комбінації сегментів, які світяться, одержувалось зображення літери або цифри; - багатоелементний блок – електронна система одержання складних зображень (до її складу входить понад 10000 світлодіодів). Для більш повного розуміння процесів, що відбуваються в СД, було проведено огляд існуючих матеріалів з висвітленням основних питань щодо генерації випромінювання в напівпровідниках, та фізичних параметрів світловипромінювальних діодів. 21 Фізичною основою напівпровідникових випромінювачів є люмінесценція. Під люмінесценції розуміють електромагнітне нетеплове випромінювання, що має тривалість, яка значно перевищує період світлових коливань. а б в Рис.2.2. Оптоелектронні системи відображення інформації на основі СД: а – лінійна світлодіодна шкала; б – цифро-літерний індикатор; в – багатоелементний світлодіодний блок Люмінесценція триває декілька секунд після зняття енергії. Інакше кажучи, поглинена провідником енергія на деякий час затримується в ньому, а потім частково перетворюється в оптичне випромінювання, частково – в теплоту. Світитися можуть тверді, рідкі і газоподібні тіла. У оптоелектронних напівпровідникових приладах використовується люмінесценція кристалічних домішкових напівпровідників з широкою забороненою зоною. Люмінесценція включає два основних етапи. На першому з них під впливом збудливою енергії відбувається генерація носіїв заряду. Цей етап визначає тип люмінесценції. На другому етапі - генеровані носії заряду рекомбінують на центрах рекомбінації. Виділяється при рекомбінації енергія перетворюється або на оптичне випромінювання, або в теплоту. Інжекційна електролюмінісценція, тобто генерація оптичного випромінювання в р – n переході, об'єднує два процеси - інжекцію носіїв і власне електролюмінісценцію. За допомогою інжекції забезпечується створення нерівноважних носіїв заряду. 22 ВИСНОВКИ 1. У ході виконання курсової роботи розглянуті питання стосовно методів візуалізації даних як наочного представлення масивів різної інформації: візуальне представлення кількісної інформації в схематичній формі (діаграми, гістограми і спектрограми, таблиці і різні точкові графіки); концептуальна візуалізація дозволяє розробляти складні концепції, ідеї і плани (концептуальні карти, діаграми Ганта, графи); стратегічна візуалізація переводить у візуальну форму різні дані про аспекти роботи організацій (піраміди, дерева і мапи); комбінована візуалізація (кілька складних графіків в одній схемі), а також методів відображення інформації (оптоелектронні системи на основі світлодіодів). 2. Показано, що для можливості сприйняття інформації, повинна бути створена її індикація за допомогою оптоелектронних систем. Залежно від індикації інформаційні потоки поділяються на: цифрові (цифровий запис в документі, відображення на моніторі); екрані монітора); алфавітні (словесний запис в документі, на символічні (відображення на кресленнях, схемах); · предметно-візуальні (телезображення, фотографія). 3. Показано, що світловипромінювальний діод – це напівпровідниковий прилад, призначений для генерації світлового випромінювання при пропусканні крізь його перехід струму. По мірі зростання щільності струму через р-n-перехід більше число електронів і дірок інжектується в заборонену зону, виникають вторинні ефекти, збільшуючи число дірок і електронів, які можуть випромінювально рекомбінувати. 23 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 1. Кожем’яко В.П., Павлов С.В., Тарновський М.Г. Оптоелектронна схемотехніка. – Вінниця: УНІВЕРСУМ, 2008. – 189 с. 2. Tooley M. Electronic Circuits: Fundamentals and Applications. – Elsiever: Taylor and Francis, 2013. – 320 р. 3. Стахів П.Г., Панасенко М.В., Сенько Є.В. Електроніка і мікросхемотехніка елементна база електронних пристроїв. – Київ: Обереги, 2000. – 300 с. 4. Приказчик С.П. Исследование светотехнических параметров светодиодов // Світлотехніка, №4. – 2008. – С.24 – 30. 5. Прищепа М.М., Погребняк В.П. Мікроелектроніка. Частина І. Елементи електроніки. – Київ: Вища школа, 2004. – 431 с. 6. Твердотільна електроніка : підручник / О. В. Борисов, Ю. І. Якименко.– Київ: НТУУ «КПІ», 2015. – 484 с. 7. Сенько В.І., Панасенко М.В., Сенько Є.В. Електроніка і мікросхемотехніка. – Т.1. Елементна база електронних пристроїв. – Київ: Обереги, 2000. – 300 с. 8. Стахів П.Г., Коруд В.І., Гамола О.Є. Основи електроніки: функціональні елементи та їх застосування. – Львів: Новий світ-2000, 2003. – 128 с. 9. Матвієнко М.П. Основи електроніки: підручник. – Київ: Видавництво Ліра-К, 2017. – 364 с. 10. Засоби відображення інформації. Електронні дисплеї: навчальний посібник / З. Ю. Готра, В. П. Кожем’яко, З. М. Микитюк. – Вінниця : ВНТУ, 2014. – 162 с. 11. Кожем’яко В. П. Сучасні методи та засоби відображення інформації. Частина І. Дискретні системи відображення інформації / Кожем’яко В. П, Васюра А. С, Дорощенков Г. Д. – Вінниця : ВДТУ, 2002. – 106 с. 12. Рідкокристалічна електроніка : монографія / за ред. проф. З. Готри. – Львів: Апріорі, 2010. – 532 с.
