Главная СТАТЬИ Светодиоды для экранов,табло, бегущих строк, освещения
Светодиоды для экранов,табло, бегущих строк, освещения
Для начала определимся что-же такое светодиод и какими основными характеристиками обладает данный полупроводниковый прибор.

Светодиод - полупроводниковый прибор, действие которого основано на явлении испускания фотонов, возникающем при рекомбинации носителей разноименных зарядов в области контакта полупроводниковых материалов с разными типами проводимости (р-n переход). Цвет свечения светодиода напрямую зависит от используемых полупроводниковых материалов. Хотелось бы сразу отметить, что светодиоды с разными цветами свечения будут обладать совершенно разными техническими и оптическими характеристиками.

Первые светодиоды появились в 60-х годах и использовались преимущественно в качестве индикоторов. Первые светодиоды были красного света свечения. Чуть позже появились светодиоды с зеленым, желтым, белым цветом свечения. Долгое время разработчики работали для получения светодиода с синим цветом свечения. Практически сразу после появления синего светодиода с необходимыми характеристиками, появилась возможность для создания полноцветного светодиодного экрана.

Но перед тем как рассмотреть какие же светодиоды применяются в светодиодных экранах, табло, бегущих строках, освещении рассмотрим какими электрическими и оптическими характеристиками обладают светодиоды.

Электрические и оптические характеристики светодиодов
Электрические характеристики светодиодов подобны другим полупроводниковым диодам. Прямое напряжение светодиодов различно для различных структур p-n переходов, используемых для получения разных цветов излучения. Прямое напряжение светодиода обратно пропорционально росту температуры окружающей среды. Подобно всем полупроводниковым приборам, номинальные характеристики светодиодов должны быть снижены при высоких рабочих температурах.
Оптические характеристики светодиода также сильно зависят от температуры. Во-первых, световой поток, излучаемый светодиодом, падает при повышении температуры p-n перехода. Это происходит из-за возрастания вероятности безизлучательной рекомбинации дырок и электронов, которая не вносит вклада в излучение света. Кроме того, длина волны излучаемого света также изменяется с температурой, в основном из-за изменения ширины запрещенной зоны.
Не все инжектированные неосновные носители рекомбинируют с излучением кванта света даже в идеальном p-n переходе. Безизлучательная рекомбинация, вызванная дефектами и дислокациями в полупроводнике, может дать увеличение разброса в полезной
эмиссии в практически идентичных светодиодах.
На практике это означает то, что выпущенная партия светодиодов сортируется и разделяется по группам в зависимости от интенсивности излучения и других параметров.

Световой поток (F)
В ограниченном частотном диапазоне человеческое зрение воспринимает электромагнитную энергию как свет. Длины волн излучения, видимого глазом, составляют от 360 нм («фиолетовая» граница) до 700 нм («красная» граница). Эта видимая глазом энергия в указанном диапазоне волн определяет световой поток. Глаз наиболее чувствителен к зеленому цвету, менее — к красному и еще менее — к синему. Это значит, что при одинаковой мощности разноцветных световых потоков, попадающих в глаз, зеленый поток будет казаться наиболее ярким, по сравнению с красным и синим. Световой поток измеряется в люменах (лм).


Сила света (I)


Источник (светящаяся точка А на рисунке) в общем случае может иметь неравномерное излучение по разным направлениям. Плотность светового потока в телесном угле выбранного направления называется силой света и определяется по формуле I = dF/dω, где dF — световой поток, проходящий через площадку dS; dω = dS/R3 — соответствующий телесный угол. Единица силы света называется канделой (Кд). Если в телесном угле, равном одному стерадиану (ср), проходит, равномерно распределяясь, световой поток в 1 лм, то сила света в этом направлении равна одной канделе: 1 кд = 1 лм/1 ср.

Освещенность (E)
Плотность светового потока по поверхности S, на которую он падает,называется освещенностью  E = F/S. Единицей освещенности является люкс (лк). Освещенность в 1 лк создается световым потоком в 1 лм на площади в 1 м2; 1 лк = 1лм/1м2. Освещенность экрана в кинотеатре составляет приблизительно 200 лк. Освещенность объекта передачи в телевизионной студии достигает 2000 лк.

Яркость (B)

Яркость характеризуется плотностью силы света по площади, которая этот свет излучает B = I/S. Единицей яркости является кандела
на квадратный метр: 1 кд/м2. Яркость экрана LCD монитора на белых участках изображения составляет от 200 до 300 кд/м2.

Использование светодиодов в светодиодных экранах

Среди достаточно большого разнообразия систем отображения информации (плазменные, жидкокристаллические  и т.д.) светодиодные системы отображения занимают особое место. Все светодиодные экраны, табло, бегущие строки имеют модульный принцип построения, т.е. собираются из  светодиодных модулей, которые в свою очередь состоят из отдельных светодиодов сгрупированных в пиксели. Размер пикселей находится в диаппазоне от 4 мм (внутренние светодиодные экраны) до 40 мм (большие наружные светодиодные экраны). Для уличных видеоэкранов с площадью 12-20 м2 целесообразно применять светодиодные модули с расстоянием между пикселями (питч) 16-22 мм. Для бегущих строк как правило используются модули с питчем 12-24 мм.

Современные светодиоды, применяемые в экранах, имеют следующие длины волн: синий 430–470 нм, зеленый 515–530 нм, красный 630–670 нм. Разработка синего светодиода позволила создавать полноцветные светодиодные экраны. А разработка чистого зеленого светодиода с более короткой длиной волны (ранее использовались диоды с длиной волны 570 нм) позволило значительно улучшить цветовые характеристики изображения.
Выходная диаграмма направленности светового потока формируется как формой рефлектора, так и формой корпуса светодиода. Варьируя параметры рефлектора и корпуса можно создавать различные диаграммы направленности шириной от 4–5 до 160 °. Более того, возможно создание диаграмм направленности с различной шириной по вертикали и горизонтали, например, 120 ° по горизонтали и 60 ° по вертикали (овальные светодиоды).
Как правило, для экранов, используемых внутри помещений, используются светодиоды с достаточно широкой диаграммой направленности. Для уличных экранов используют светодиоды с более узкой диаграммой направленности, например, 70 × 30 °. Такое различие объясняется разными условиями наблюдения.
Сужение диаграммы со 120 × 60 ° до 70 × 30 ° позволяет повысить яркость более чем в 3 раза.
Если для проекционных систем неравномерность яркости выражается, в основном, в спаде яркости на краях системы, то для светодиодных экранов на первое место выступает пиксельная неравномерность яркости. Это связано с тем, что информационное поле
экрана состоит из отдельных светодиодов, в которых всегда существуют технологические разбросы по силе света.
Сегодня появилась возможность выравнивать яркость отдельных диодов схемотехническими методами с точностью до 2–5 %.

Светодиодные изделия
Светодиоды излучают не только уникальный по своим характеристикам свет, но и внушают завидный оптимизм по поводу своего места на рынке светотехники. Основными преимуществами светодиодных изделий перед системами, созданными на базе классических источников света (лампы накаливания и люминесцентные лампы), являются следующие:
• высокая экономия потребляемой электроэнергии и высокий КПД (около 80 %, лампы накаливания - около 5 %, люминесцентные лампы
10–20 %);
• срок службы светодиодов 100 тысяч часов непрерывной работы (лампы накаливания 2–3 тысячи часов, люминесцентные лампы 10–15 тысяч часов);
• яркость, превышающая неон, ведет к большому увеличению расстояния восприятия информации человеческим глазом
• гибкость управления и программирования, возможность задавать практически любые цветовые и временные программы работы;
• механическая прочность и водонепроницаемость;
• надежность и работоспособность в любых условиях;
• диапазон рабочих температур –50…+70 °С.

Светодиодные изделия привлекательны отсутствием вредных для здоровья излучений, вибро и удароустойчивостью, высокой насыщенностью цвета, который не меняется с течением времени, меньшим тепловыделением, работоспособностью в широком температурном диапазоне. Все это делает их полноценной заменой маломощных ламп накаливания практически во всех областях экономики.
Уже сегодня, по мнению специалистов, большую экономию энергоресурсов и денежных средств может принести переход жилищно-коммунального комплекса на светодиодные лампы для освещения объектов, где действующими нормативными документами установлены сравнительно низкие уровни освещенности и невысоки или полностью отсутствуют требования к качеству цветопередачи (лестничные
клетки, лифты, номерные знаки домов и указатели названия улиц).

Светодиодные лампы используются в декоративной, рекламной уличной и интерьерной подсветке, создания иллюминаций и систем сигнализации.
Уличное исполнение бывает с защитным прозрачным колпачком из поликарбаната, а интерьерное без колпачка. Напряжение питания АС 220В или DC12/24 В  Конструктивное исполнение - ввинчивающееся в стандартный патрон. Нормальный сервисный диапазон температуры: –30 °C до +75 °C.

Светодиодные трубки предназначены для замены неона в наружных и внутренних световых конструкциях. Отличаются от неоновых трубок низким энергопотреблением, большим сроком службы и возможностью повторного использования после демонтажа конструкции. Используются для фасадного освещения зданий, интерьерного и рекламного освещения. Светодиодные трубки изготавливаются из белого диффузного или прозрачного пластика D-образного или О-образного сечения. Светящимся элементом монохромных трубок являются светодиоды повышенной яркости. Полноцветный вариант требует управления внешним контроллером. Светодиодные трубки поставляются в двух исполнениях по напряжению питания: 12 В и 24 В.

Светодиодные ленты или гибкие трубки (типа Super Neon и Дюралайт) предназначены для замены неона в наружных и внутренних световых конструкциях. Гибкий неон — альтернатива традиционным неоновым трубкам и лампам.
Отличаются от неоновых трубок:
• минимальным энергопотреблением;
• долговечностью — срок службы более 10 лет, т. е. нет затрат на замену ламп;
• удароустойчивостью, гибкий неон невозможно разбить: чего не скажешь о традиционном неоне.

Используются для фасадного освещения зданий, интерьерного, рекламного освещения Светящимся элементом монохромных трубок являются светодиоды повышенной яркости.