Светодиоды все еще популярны и продолжают совершенствоваться
Часть 1
Предлагаемая Вашему вниманию статья посвящена обзору подверженной быстрым изменениям 35-летней истории светодиодной технологии производства дисплеев. Этот обзор охватывает вопросы появления светодиодов (LED), традиционное применение светодиодов, а также то, как улучшения в технологии стимулировали новые направления их применения.
Введение
В последние годы многочисленные авторы статей о светодиодах фокусировали свое внимание на новых технологиях, используемых для производства дисплеев. Такие статьи освещали различные стороны этого процесса: резкое превращение увеличивавшихся в размерах цветных TFT панелей, жидкокристаллических дисплеев (LCD panels) в лэптопы (laptops) и домашние видеомониторы; замену телевизионных электронно-лучевых трубок (CRT) плазменными дисплейными панелями (PDP), которые характеризуются повышенной резкостью изображения; появление полимерных светодиодов (PLED) или органических светодиодов (OLED), используемых для демонстрации на небольших дисплеях различных игр, в мобильных телефонах и в “карманных” компьютерах (PDA). Реферативное изложение на русском языке предлагаемой Вашему вниманию статьи (в 3 частях) посвящено именно этой проблематике.
Краткая история светодиодов (LED)
Имевшие коммерческую направленность исследования технологии светодиодов начались в начале 1962 года, прежде всего в лабораториях компаний Bell Labs, Hewlett-Packard, IBM, Monsanto and RCA. Работы с фосфидом арсенида галлия (GaAsP) привели к представлению на суд общественности компаниями HP и Monsanto первых красных светодиодов (LED) 655 нм в 1968 году.
В выпущенном компанией НP в 1971 году портативном приборе была применен светодиодный дисплей с использованием этой технологии. Светодиодные дисплеи расцвели в начале 1970-х годов в виде цифровых экранов карманных калькуляторов компаний HP, Texas Instruments, Sinclair и других. На короткий срок светодиоды появились в цифровых часах, но скоро были вытеснены LCD. Тем временем светодиоды заменили собой галогеновые и неоновые лампы, используемые в качестве индикаторов и стали штатно использоваться в цифровой и цифробуквенной индикации измерительного оборудования.
Острейшую конкуренцию в 1970-х - 1980-х годах светодиодам составили в сфере товаров повседневного спроса вакуумные флюоресцентные дисплеи (vacuum fluorescent displays - VFD), яркая зелено-голубая индикация которых предложила высокую интенсивность и высокую контрастность при использовании зеленых или голубых фильтров. Первой в 1967 году VFD разработала ISE Electronic Corporation.
Эта корпорация, широко известная под именем ее подразделения Noritake, совместно с компаниями Futaba и NEC, предложила в конце 1960-х – начале 1970-х годов трубки мониторов, начиная с простых одиночных цифровых дисплеев, используемых на быстро растущем рынке настольных калькуляторов. Вскоре появились и более дешевые цифровые трубки мониторов, и их, вероятно, лучше запомнили, т.к. они использовались в популярных карманных калькуляторах фирмы Casio.
Позднее компания Samsung начала производить трубки мониторов для собственного использования при производстве товаров широкого потребления. В 1993 году компания NEC продала технологическую линию по их производству компании ZEC в Китай, и в результате, на сегодняшний день компании Futaba, ISE, Samsung и ZEC производят примерно 95% мировой продукции трубок VFD.
В 1980-е и в последующие годы монохромные LCD серьезно конкурировали с LED и VFD в сферах потребительских приспособлений, измерительного оборудования и автомобильных панелей. LCD имеют очевидные преимущества, поскольку потребляют меньше всего энергии и наиболее просты при изготовлении по техническим условиям заказчика, вследствие чего им стали отдавать предпочтение при применении в приборах, работающих на батарейках.
Хотя LCD не испускают свет, они широко применяются там, где гарантированно присутствует окружающий свет. В качестве альтернативы, свет от пары зеленых, оранжевых или желтых светодиодов может отражаться и распространяться на небольшом (10 квадратных сантиметров) LCD экране с непрозрачной пластиковой рамкой, для того чтобы обеспечить дешевую и приятную на взгляд подсветку.
Кто производит светодиоды (LED)?
Мировое производство светодиодов составляет в настоящее время примерно 4 миллиарда штук в месяц. По сведениям тайваньской ITIS (Справочная служба промышленных технологий), Тайвань ныне производит силами своих 30 производителей светодиодов около половины требующихся в мире светодиодов, а Япония и США являются следующими за Тайванем крупнейшими производителями. 10 лет тому назад, ведущим производителем светодиодов была Япония, а Тайвань покрывал лишь немногим более 10% из мировых потребностей. Большинство производителей светодиодов фактически являются сборщиками и упаковщиками, покупая чипы или кристаллы у их фактических производителей в Японии, в США и (наиболее часто) на Тайване..
Светотехнические единицы по системе МКО-31
Возможно будет полезно включить в обсуждение технологии проектирования дисплеев краткий курс по радиометрической и фотометрической теории. Радиометрия изучает излучаемую энергию во всем диапазоне длин волн (видимом и невидимом), в то время как фотометрия изучает видимую человеческим глазом энергию. Человеческий глаз воспринимает свет в диапазоне длин волн от 380 до 740 нм – это привычный нам цветовой спектр - рис.1.
 |
 |
| Рис. 1 Цветовой спектр | Рис. 2 Диаграмма цветности |
Международная комиссия по освещению (МКО) в тридцатые годы 20-ого столетия стандартизировала измерение света и чувствительность человеческого глаза или “стандартного наблюдателя”. Эти стандарты характеризуют изменение чувствительности человеческого глаза во всем видимом диапазоне спектра при различных условиях освещенности (день-ночь). Комиссия МКО также определила основные цвета:
- Красный – 700 нм
- Зеленый – 546,1 нм
- Синий – 435,8 нм
Однако, с течением времени эти стандарты и определения были поставлены под сомнение и в настоящее время существуют и отличные стандарты. С точки зрения проектирования дисплеев интересен тот факт, что человеческий глаз при дневном освещении имеет максимальную чувствительность в зеленой части спектра на 555 нм, чувствителен к желтой части спектра, но чувствительность глаза резко падает в синем спектре (400 нм) и красном спектре (700 нм).
Все вышесказанное иллюстрирует упрощенная цветовая диаграмма (рис. 2) для дневного освещения. Диаграмма для ночного освещения совершенно другая и имеет максимум приблизительно на 512 нм.
Количество излучаемого света – световой поток (во всем видимом диапазоне волн) измеряется в люменах. Световой поток определяется как интеграл всего излучения, находящегося внутри телесного угла Ω, который ограничивается диаграммой направленности излучения источника. Световой поток в 1 Люмен равен 1/683 Вт монохроматического излучения с длиной волны 555 нм. Сила света, в канделах (кд), является частным случаем светового потока при
