Раз диод, два диод...

Технология создания светодиодных дисплеевСветодиоды, или LED (light emitting diodes), долгое время были уделом радиолюбителей и использовались главным образом для индикации состояния ВКЛ/ВЫКЛ

11.09.2009
17:10
Алексей Созонтов

 

Светодиоды, или LED (light emitting diodes), долгое время были уделом радиолюбителей и использовались главным образом для индикации состояния ВКЛ/ВЫКЛ. Причин для этого было много: и недостаточная для получения контрастного изображения яркость, и размеры светодиодов, и отсутствие синего светодиода. Тем не менее, исследование новых материалов позволило создать и освоить промышленное производство сверхярких светодиодов, которые нашли широкое практическое применение. Одной из областей, где технология оказалась более чем кстати, стало производство дисплеев.

 

История

 

 

Источником света является полупроводниковый кристалл, помещенный в корпус из прозрачного (чаще цветного) материала и подключенный к источнику электроэнергии.

 

Первые наблюдения за свечением диодов были сделаны в 1907 году британским экспериментатором Генри Раундом, трудившимся во всемирно известной лаборатории Маркони. Всерьез же явлением заинтересовался и попытался найти ему объяснение и практическое применение Олег Владимирович Лосев, который в 1922 году наблюдал свечение на p-n – переходе полупроводников. Он даже получил несколько патентов на практическое применение светодиодов, но не продвинулся дальше чисто лабораторных исследований.

 

В 60-е годы XX века в университете Иллинойса группой под руководством Ника Холоньяка созданы первые светодиоды красного и желто-зеленого свечения, имевшие уже не только исследовательское, но и промышленное значение.

 

1971 год – Жан Панков создал первый синий светодиод, однако технология его изготовления была очень затратной, поскольку требовала использования сапфировой подложки. А в 1990 году произошла истинная революция в развитии светодиодов – сотрудник японской корпорации Nichia Судзи Накамура изобрел «дешевый» синий светодиод, и уже в 1993 г. корпорация Nichia освоила промышленный выпуск синих светодиодов.

 

Благодаря исследованиям в области многослойных полупроводников, а также применению современных материалов светоотдача светодиодов достигла 50 люмен на ватт для синих и 100 люмен на ватт для красных, приблизившись к яркости люминесцентных ламп.

 

Принцип действия

 

Название "светодиодный экран" само по себе говорит о технологии, лежащей в основе экранов данного типа: изображение на них создается светодиодами, расположенными в определенном порядке.

 

Отдельный единичный светодиод излучает монохромный цвет: красный, зеленый либо синий. Для получения всех цветовых оттенков светодиоды группируются в так называемые пиксели. Пиксель отображает одну точку формируемого изображения и состоит из одного (для одноцветных экранов) или нескольких светодиодов разных цветов (для цветных экранов). Размеры пикселя при этом могут колебаться от 5 до 50 мм. Соответственно, чем больше пиксель, тем больше в нем должно быть светодиодов.

 

Для создания больших уличных экранов применяют кластерную технологию – каждый пиксель представляет собой влаго- и пылезащищенную капсулу, состоящую из множества светодиодов (например, 6 красных, 4 зеленых и 2 синих). Капсулы крепятся к основе экрана при помощи болтов и соединены с управляющей платой при помощи кабеля. Эта технология очень трудоемка и постепенно уступает место матричным модулям.

 

Светодиодная матрица (модуль) представляет собой плату, на которой смонтированы и светодиоды, и управляющая ими электроника. Размер модуля зависит от производителя, но, как правило, составляет от 0,5 до 1,5 метров, поэтому для создания больших по площади экранов модули можно стыковать между собой, получая блоки необходимых размеров. Для использования в уличных условиях модуль целиком имеет влагозащитное покрытие.

 

Кроме упрощенного монтажа, матричные светодиодные экраны обладают и рядом других преимуществ, таких как большее разрешение изображения, четкость и т.д. Отдельного упоминания заслуживает технология виртуального пикселя, которая заключается в программном создании пикселей из соседних светодиодов. Это позволяет искусственным образом существенно увеличить разрешение экрана. При объединении пикселей как вертикально, так и горизонтально количество видимых пикселей удваивается. Получается очень качественное изображение, как будто количество пикселей на экране больше реального в 4 раза.

 

Преимущества и недостатки. Применение

 

Современные светодиодные экраны обладают высокой яркостью и контрастностью, достаточной для отображения информации даже в яркий солнечный день. Рекордные сроки службы (до 100 000 часов) и низкое энергопотребление позволяют экономить на содержании LED-дисплеев значительные средства. Модульная конструкция экранов и небольшая глубина делают возможным их использование не только в качестве стационарных щитов, но и в виде мобильных средств визуального воздействия.

 

Динамическое обновление информации с помощью различных источников сигнала позволяют использовать светодиодные экраны в качестве идеальных видео- и информационных табло практически при любых погодных условиях.

 

К основным недостаткам светодиодных экранов можно отнести большой размер зерна, сложность монтажа и довольно высокую цену, что делает их применение оправданным в основном на мероприятиях с большим количеством зрителей.

 

Основными областями использования светодиодных экранов являются:

- наружная реклама на улицах и площадях городов;

- шоу и сфера развлечения – видеоэкраны на стадионах и открытых сценах;

- информационные табло на вокзалах и в аэропортах;

- средства отображения в видеоконференциях и при прямых трансляциях.

 

Есть все основания предполагать, что со временем LED-дисплеи вытеснят привычные нам бумажные афиши, рекламные плакаты и расписания. Уже сейчас они широко используются на стадионах, концертах и других массовых мероприятиях, в меньшей степени – в качестве информационных табло и рекламных щитов. Но по мере развития и удешевления технологии применение LED-дисплеев будет расширяться.