Светодиодные экраны

 

 

3. Телевизоры с LED подсветкой

 

В торговле нередко «LED-телевизорами» называют телевизоры, имеющие ЖК-экран со светодиодной подсветкой.

ЖК-телевизор со светодиодной подсветкой (LED TV) – телевизор с жидкокристаллическим дисплеем, подсветка экрана которого осуществляется светодиодной матрицей (LED).

С потребительской  точки зрения ЖК-телевизоры со светодиодной подсветкой имеют следующие преимущества в сравнении с подсветкой на основе люминесцентных ламп:

• улучшенная контрастность;
• улучшенная цветопередача (особенно с RGB-матрицей);
• пониженное энергопотребление;
• малая толщина.

Из недостатков отмечается некоторая «синеватость» изображения.

Если  управления яркостью подсветки осуществляется широтно-импульсной модуляцией, экран едва заметно мерцает (частота мерцания составляет обычно до 200 герц, максимум до 400). Это можно проверить, покачав ручкой или карандашом на фоне экрана. Если частота слишком маленькая, силуэт ручки распадётся на несколько. У людей, чувствительных к мерцанию, устают глаза и может начаться мигрень.

Такой термин как «LED TV» был введен корпорацией Samsung для продвижения собственной линейки жидкокристаллических телевизоров с СД-подсветкой (Edge-LED). Этот термин, LED TV, вызывает много споров в вопросе правомерности его использования, так как технически такие телевизоры не являются на 100 % светодиодными (светодиодами осуществляется только подсветка) – современные полупроводниковые светодиоды по своим размерам намного крупнее, чем пиксели современного телевизора, поэтому реальное использование полноценной светодиодной матрицы для формирования изображения возможно лишь на очень больших дисплеях (например табло стадионов, рекламные экраны).

Улучшению потребительских свойств ЖК телевизоров  с СД-подсветкой способствовали компании Sharp, Sony, Nokia, Kodak, Принстонский университет  и др. Основные направления работы – повышения яркости при солнечном свете и повышение контрастности, увеличение диагонали монитора при уменьшении его толщины. При этом основные технические решения и способы изготовления LED TV, как правило, защищались патентами, которые обеспечивают надёжную защиту товарных рынков.

В 2009 году в Калужской области была запущена производственная линия по выпуску наиболее современных плоско панельных телевизоров Samsung со светодиодной подсветкой — так называемых LED TV.

В январе 2010 года компания Apple представила планшет Apple iPad, оснащённый 9,7-дюймовым мультисенсорным экраном с LED-подсветкой и разрешением 1024x768 точек.

Хотя  технология СД-подсветки не решает всех проблем, связанных с отображением информации, сейчас именно такие экраны занимают лидирующее положение на рынке, практически вытеснив подсветку лампами, и конкурируя с новыми поколениями плазменных телевизоров.

 

4. OLED дисплеи

 

В XXI веке получили распространение дисплеи  на органических светодиодах (OLED).

Органический  светодиод (OLED) – полупроводниковый прибор, изготовленный из органических соединений, который эффективно излучает свет, если пропустить через него электрический ток.

Основное  применение технология OLED находит при  создании устройств отображения  информации (дисплеев).

Для создания органических светодиодов (OLED) используются тонкопленочные многослойные структуры, состоящие из слоев нескольких полимеров. При подаче на анод положительного относительно катода напряжения, поток  электронов протекает через прибор от катода к аноду. Таким образом, катод отдает электроны в эмиссионный  слой, а анод забирает электроны  из проводящего слоя, или другими  словами анод отдает дырки в проводящий слой. Эмиссионный слой получает отрицательный  заряд, а проводящий слой – положительный. Под действием электростатических сил электроны и дырки движутся навстречу друг к другу и при встрече рекомбинируют. Это происходит ближе к эмиссионному слою, потому что в органических полупроводниках дырки обладают большей подвижностью, чем электроны. При рекомбинации происходит понижение энергии электрона, которое сопровождается испусканием (эмиссией) электромагнитного излучения в области видимого света. Поэтому слой и называется эмиссионным.

 Схема  двухслойной OLED-панели представлена на рисунке 1.

 

Рисунок 1 - Схема  двухслойной OLED-панели

 

Составные части: 1 – катод(-), 2 – эмиссионный  слой, 3 – испускаемое излучение, 4 – проводящий слой, 5 – анод (+).

Прибор  не работает при подаче на анод отрицательного относительно катода напряжения. В  этом случае дырки движутся к аноду, а электроны в противоположном  направлении к катоду, и рекомбинации не происходит.

В качестве материала анода обычно используется оксид индия, легированный оловом. Он прозрачный для видимого света и  имеет высокую работу выхода, которая  способствует инжекции дырок в полимерный слой. Для изготовления катода часто  используют металлы, такие как алюминий и кальций, так как они обладают низкой работой выхода, способствующей инжекции электронов в полимерный слой.

Преимущества (в сравнении c жидкокристаллическими дисплеями):

• меньшие габариты и вес;
• отсутствие необходимости в подсветке;
• большие углы обзора (изображение видно без потери качества с любого угла);
• мгновенный отклик (на несколько порядков выше, чем у LCD);
• высокий контраст;
• возможность создания гибких экранов;
• большой диапазон рабочих температур (от −40 до +70 градусов Цельсия);
• яркость, контрастность;
• углы обзора.

Технология OLED позволяет смотреть на дисплей  с любой стороны и под любым  углом, причем без потери качества изображения.

Недостатки:

• маленький срок службы люминофоров некоторых цветов (порядка 2-3 лет);
• как следствие первого, невозможность создания долговечных полноценных TrueColor дисплеев;
• дороговизна и неотработанность технологии по созданию больших матриц.

Главная проблема OLED – время непрерывной работы должно быть более 15.000 часов. Одна проблема, которая в настоящее время препятствует широкому распространению этой технологии в мониторах и телевизорах, состоит в том, что «красный» OLED и «зелёный» OLED могут непрерывно работать на десятки тысяч часов дольше, чем «синий» OLED. Это визуально искажает изображение, причем время качественного показа неприемлемо для коммерчески жизнеспособного устройства.

Дисплеям  телефонов, фотокамер, планшетов и  иных малых устройств этих показателей  вполне достаточно в связи с быстрыми темпами устаревания аппаратуры и еë неактуальности уже через  несколько лет. Средняя продолжительность  непрерывной работы этих устройств  составляет около 5 тысяч часов, поэтому OLED в них успешно.

Можно считать  это временными трудностями становления  новой технологии, поскольку разрабатываются  новые долговечные люминофоры. Также  растут мощности по производству матриц.

OLED-технология  применяется многими разработчиками  узкой направленности, например, для  создания приборов ночного видения.  Органические дисплеи встраиваются  в телефоны, цифровые фотоаппараты, автомобильные бортовые компьютеры, коммерческие OLED-телевизоры, выпускаются  небольшие OLED-дисплеи для цифровых  индикаторов, лицевых панелей  автомагнитол, карманных цифровых аудиопроигрывателей и т. д.

Ведётся разработка телевизионных OLED-систем.

Потребность в преимуществах, демонстрируемых  органическими дисплеями с каждым годом растёт. Этот факт позволяет  заключить, что в скором времени  дисплеи, произведëнные по OLED технологиям, с высокой вероятностью станут доминантными на рынке электроники народного потребления.

 

5. 3D LED Cube

 

В настоящее время подавляющее  большинство трёхмерных изображений  создается при помощи стереоскопического эффекта, как наиболее лёгкого в реализации, хотя использование одной лишь стереоскопии нельзя назвать достаточным для объёмного восприятия. Многие компании предпринимают попытки создать эффект так называемого естественного 3D, когда объемное изображение формируется без посредничества специальных очков и прочих приспособлений. Одной из таких разработок является светодиодный экран - устройство отображения и передачи визуальной информации, в котором каждой точкой, пикселем (pix) является один или несколько полупроводниковых светодиодов.

Светодиодные экраны по принципу построения делятся на два типа — кластерные и матричные.

В кластерных экранах каждый пиксель, содержащий от трех до нескольких десятков светодиодов, объединён в отдельном  светоизолированном корпусе, который  залит герметизирующим компаундом. Такой конструктивный элемент называется кластером. Кластеры, образующие информационное поле экрана, закреплены при помощи винтов на лицевой поверхности экрана. От каждого кластера отходит жгут проводов, подключаемый, посредством электрического разъема, к соответствующей схеме управления (плате).

В матричном принципе кластеры и управляющая плата объединены в единое целое — матрицу, то есть на управляющей плате смонтированы и светодиоды и коммутирующая электроника, которые залиты герметизирующим компаундом. В зависимости от размера и разрешения экрана, количество светодиодов, составляющих пиксель, может колебаться от трех до нескольких десятков.

Важной особенностью таких экранов  является возможность управления и  программирования каждого отдельного светодиода, которая реализуется  за счет использования в схеме  микроконтроллеров.

Светодиодный куб – это электронное  устройство, используемое в качестве рекламного носителя или световой декорации, передающей динамическое изображение  логотипов, слоганов, приветствий, любой  другой текстовой и графической  информации, видимой с любого угла обзора.

С технической точки зрения светодиодный куб – это куб, по всему объему которого расположены светодиоды и каждый светодиод – управляется отдельно.

Светодиодный куб может отображать различную световую анимацию, которая  уже запрограммирована в нем. Сложные схемы трехмерных светодиодных кубов даже могут отображать различные объемные слова и надписи. Светодиодный куб по своей сути является объёмным монитором, только с низким разрешением, который позволяет отображать пространственные структуры и графику. Это решение не подходит для просмотра видео, но может быть хорошо использовано для оформления шоу и презентаций, для развлечений и выставок, рекламы и дизайна. Светодиодные мониторы таких, объемных, типов появились относительно недавно. Тем не менее, светодиодные мониторы приобретают разнообразные формы, в виде шаров, параллелепипедов, пирамид. Однако, как показывает практика, наиболее оптимальным размером и формой обладает именно куб.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список  используемых источников

 

1. Баюков А.В., Гитцевич А.Б., Зайцев А.А. Полупроводниковые приборы: диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы. – Москва: Энергоатомиздат, 1984;
2. Юрий Рубан, февраль 2009 г Светодиодный свет для чайников, http://led22.ru;
3. Ф.Е. Шуберт, "Светодиоды" , Москва, ФИЗМАТЛИТ, 2008 год;
4. www.radiokot.ru;
5. www.meandr.org.