Огромные яркие цветные светодиодные экраны, прямоугольные и самых разнообразных форм, стали уже привычными на улицах больших городов. И в роли средств отображения рекламных роликов, и как элементы сценического оформления на различных эстрадных концертах и рок-фестивалях. Откуда взялись эти экраны и как развивались?
Сначала – несколько слов о том, что такое светодиоды.
Светодиоды (LED - light-emitting diode) - полупроводниковый элемент, который при подаче напряжения в «прямом смещении» («плюс» источника питания подаётся на анод, «минус» - на катод) излучает монохроматический, некогеррентный (в отличие от полупроводникового лазера) свет. Цвет свечения зависит от применяемого при производстве светодиода полупроводника (в большей степени - от используемых примесей при их производстве) и сегодня охватывает весь видимый спектр, захватывая инфракрасный, а в последних разработках - даже ультрафиолетовый. Если яркость первых светодиодов позволяла использовать их только в качестве индикаторов, то сегодня уже говорят о светодиодном «законе Мура» - удвоении их яркости каждые 18 месяцев. К концу этого года во всех американских светофорах уже должны использоваться светодиодные технологии, вместо ламп накаливания. К 2010 году автопроизводители собираются удалить из машин все лампочки, даже из фар ближнего/дальнего света!
К сожалению, сегодня имя ученого известно даже не всякому техническому специалисту, в то время как о его открытии написано множество научных статей. Например, одна из них опубликована в специальном журнале Института Инженеров Электронного Оборудования (IEEE). Труд принадлежит специалисту в области физики твердого тела Эгону Лёбнеру и называется «Предыстория светоизлучающего диода».
В далекие 20-е годы наш соотечественник, радиофизик Олег Владимирович Лосев упорно работал в Нижегородской радиолаборатории (НРЛ). Он проводил опытные исследования электролюминнесценции полупроводникового перехода. Его открытие получило официальное название – «свечение Лосева».
Первые промышленные образцы светодиодов появились только в начале 60-х годов в лабораториях Иллинойского Университета. Это были фосфидо-галлиевые светодиоды красного свечения. Их серийный выпуск начался примерно в эти же годы. Позже появились карбидокремниевые диоды со свечением жёлтого цвета. Затем увидели свет зелёный и оранжевый светодиоды. И только в восьмидесятых годах был получен светодиод со свечением синего цвета. Важность последнего события становится очевидной, если вспомнить, как формируется полноцветное изображение на телевидении - триадами красного, зелёного и синего цветов. Смешивая в необходимых пропорциях эти три цвета, можно получить полную цветовую палитру со всеми оттенками - более 16 миллионов цветов для современных светодиодных дисплеев.
Первые точечные светодиоды заменили собой всевозможные лампочки накаливания в информационных панелях и табло. Затем светодиоды стали собирать в группы и появились знаковые индикаторы. Сначала это были семисегментные индикаторы, позволяющие отображать цифры от нуля до девяти, затем группы семисегментных индикаторов, применяемые в калькуляторах и электронных часах. После этого они превратились в линейные шкалы и буквенные индикаторы - все, наверное, помнят появившиеся повсеместно в конце восьмидесятых годов электронные бегущие строки.
Собирать большие экраны из точечных светодиодов - дело хлопотное, и вот появились матрицы. Сначала были матрицы 8Х8 (64 светодиода красного или зелёного цвета), затем 16Х16, 64Х64. Используя их как модули, можно было собирать экраны произвольных размеров. Однако, одноцветность (реже - двухцветность) получаемых экранов ограничивала область их применения.
Увеличение яркости свечения светодиодов, а также появление синих светодиодов дали толчок к бурному развитию полноцветных светодиодных экранов. Подобно телевизорам на электронно-лучевых трубках (где все цвета получаются путём смешения яркостей свечения фосфора: красного, зелёного и синего цветов для каждого пикселя), в светодиодных экранах смешиваются цвета соответствующих светодиодов.
Вначале использовались триады светодиодов для каждого пикселя. Но от этого впоследствии пришлось отказаться. Увеличение линейных размеров необходимого экрана при неизменном разрешении (те же 720Х576 пикселов для стандартного сигнала PAL) привело бы к тому, что для получения требуемой яркости пришлось бы использовать очень крупные светодиоды. На границах цветовых переходов стало бы заметно некоторое смещение цветов, и могли бы проявиться различные цветовые артефакты. Поэтому была предложена идея использовать светодиодные пиксели. Пиксел такого экрана - это небольшой модуль, размерами от 4 до 50 мм, который состоит из трёх или четырёх светодиодов основных цветов (RGB). В самых крупных экранах каждый пиксел может содержать десятки перемешанных между собой красных, зелёных и синих светодиодов. Основное преимущество - вместо трёх монохромных элементов мы получаем один модуль, генерирующий все необходимые цвета.
Общий недостаток перечисленных подходов - жёсткая зависимость минимального расстояния между зрителями и экраном от размеров самого экрана. Для того чтобы изображение выглядело цельным, а не состоящим из отдельных пикселей, необходимо чтобы размер пикселя не превышал одной тысячной расстояния до этого изображения. Так, если нам необходим экран, размером по горизонтали около 10 метров, потребуются пиксели величиной в 10000 / 720 = 14 мм, а значит комфортно смотреть такой экран можно с расстояния не менее 14 метров.
Здесь необходимо рассмотреть, хотя бы упрощенно, системы управления светодиодными экранами. Электронная система анализировала видеосигнал и по информации, полученной о каждом пикселе видеоизображения, на входе «решала», какой светодиод экрана и насколько ярко включить. Развитие компьютерных технологий и тут помогло найти выход из ситуации. Теперь система управления успевает в реальном времени не только оценить, какой пиксел изображения на входе в какой цвет окрашен, но и интерполировать исходное разрешение сигнала в требуемое. И всё это в режиме реального времени. Теперь мы не привязаны к разрешению в 720Х576 пикселов, даже если источником видеосигнала является телевизионный, обычной чёткости. И тот же экран, с размером по горизонтали около 10 метров, изготовленный из пикселей величиной 7 мм и с разрешением уже в 1440Х1152, можно очень комфортно смотреть с расстояния от 7 метров.
Возросшие вычислительные мощности систем управления привели к тому, что появились экраны, использующие последние разработки в этой области - технологию «виртуального пикселя» - V-tech (у некоторых производителей Square Pixel – «квадратный пиксел»), позволяющую зрительно вдвое увеличить разрешение матричных конструкций. Происходит это следующим образом: в формировании картинки участвуют, кроме физических пикселей, еще и виртуальные. Виртуальный пиксель использует для получения цвета светодиоды, не только свои, но и из соседних физических ячеек. Наряду с возможностями современных систем по интерполяции, эта технология приводит к тому, что дисплеи можно делать из отдельных маленьких светодиодов основных цветов, равномерно «засеяв» ими весь экран. Кстати, технология «виртуального пикселя», применяемая в светодиодных экранах, используется уже давно. Она ведет свое происхождение от ламповых экранов, где называлась «режим лампочек» (bulb-режим). Разрешение ламповых экранов было значительно меньше разрешения современных светодиодных экранов, а размер световых элементов и пикселей – значительно больше, поэтому предпринимались попытки сгладить выводимое на экран изображение.
Новое применение нашлось и технологии отдельных пикселей. Теперь на специальных подложках ими можно самостоятельно (но не в условиях завода-изготовителя) набирать экраны произвольных форм. Причём - не обязательно плоских. Пока это всякого рода ромбы и трапеции, но ничто уже сегодня не мешает делать их в виде всевозможных листочков-цветочков (если можно применять уменьшительно-ласкательные суффиксы к экранам размерами в метры, а то и в десятки метров!).
Всепогодность и неприхотливость, исключительная яркость, позволяющая смотреть экран даже при солнечном освещении, возможность получить огромные размеры и произвольные формы, причем не только плоские (интересно, а появятся театральные тумбы в Hi-Tech реинкарнации?) - всё это выводит светодиодные экраны в лидеры наружной рекламы. Всё больше появляется в последнее время светодиодных экранов и для использования внутри помещений. Уменьшение стоимости сверхярких светодиодов будет способствовать ещё более широкому распространению технологии.
 |
|
Оставить комментарий