Передача цветов на экране монитора

Светодиоды (Light-Emitting Diodes, LED) прошли большой эволюционный путь от своего изначального статуса скромных ламп-индикаторов, используемых в различных бытовых и промышленных приборах, до нынешнего статуса источников света, используемых для построения качественного изображения в телевизорах последнего поколения - LED-телевизорах.

Инженеры-электронщики ценят светодиоды за их высокую яркость и поразительно высокую эффективность. При этом светодиоды обладают малым энергопотреблением, что делает их самым экологичным источником света. Видеофилов привлекает высокая четкость изображения, которую обеспечивают LED-телевизоры, ну а для массового потребителя немаловажным показателем является то, что технология LED позволяет сделать телевизоры революционно тонкими. В этой статье мы расскажем о том, как работают светодиоды, как они используются в современных LED-телевизорах, а также о том, как они, возможно, будут использоваться телевизорах будущего. Конечно, мы не можем точно сказать, каким будет будущее технологии LED, но мы можем сказать с большой уверенностью, что в течение последующих 10 лет Вы обязательно будете иметь собственный LED-телевизор, а возможно он у Вас уже есть.

Основы технологии LED

LED – это аббревиатура фразы «Светоизлучающий диод» (англ. «Light-Emitting Diode»). Диод – это самый простой тип полупроводника. Вместо того, чтобы управлять потоком электронов, как это делает транзистор, диод только проводит электричество в одном направлении и блокирует его в другом. Светодиоды изготавливают из полупроводников, таких как арсенид галлия (gallium arsenide), или нитрид галлий-индия (indium gallium nitride). Однажды ученые обнаружили, что обычные диоды испускают инфракрасный свет, когда через них проходит электрический ток. В 1960-х годах несколько компаний смогли разработать диоды, которые излучали видимый свет, так и появились светодиоды. Первые светодиоды были тусклыми и главным образом ограниченными тремя вариантами цветов: красным, зеленым, и янтарным. Несмотря на эти ограничения, светодиоды быстро заменили привычные лампы накаливания в качестве контрольных ламп, прежде всего благодаря своей высокой надежности. Практически все светодиоды имеют срок службы, измеряемый десятками тысяч часов, а некоторые гарантированно служат сто тысяч часов и более. В 1980-х и 1990-х годах появились более яркие светодиоды, а также появились новые варианты цветов: белый, синий, и другие. Эти технологические прорывы привлекли внимание инженеров, работавших над созданием и совершенствованием устройств отображения видеоинформации (дисплеев). Несмотря на то, что технологии, применяемые для создания дисплеев, значительно шагнули вперед, от электронно-лучевых трубок до технологии «светового клапана», на основе которой построены все ЖК-дисплеи, инженеры нуждались в новом высокопроизводительном, эффективном, надежном источнике света. Именно светодиод удовлетворял всем трем перечисленным требованиям. 

Интересен тот факт, что белые светодиоды фактически являются синими светодиодами, покрытыми слоем желтого фосфора. Отдельные фотоны, появляющиеся из синего светодиода, возбуждают желтый фосфор, таким образом, производя желтые фотоны, которые, в свою очередь, объединяются с синими фотонами, образуя совместно с ними белый свет. Подстраивая цвет синего светодиода и химическую формулу фосфора, производители светодиодов получают достаточно чистый белый свет, пригодный для использования в высококачественных видео дисплеях. Фактически, белый светодиод имеет более широкий частотный спектр излучения, чем флуоресцентные лампы, используемые в качестве ламп подсветки в большинстве ЖК-дисплеев. По этой причине светодиоды позволяют воспроизвести гораздо более широкий диапазон цветов. 

Применение светодиодов в телевизорах

В настоящее время светодиоды используются в телевизорах двумя различными способами – в качестве подсветки и в качестве самостоятельного источника изображения. В большинстве случаев они служат просто источником белого света для обычных ЖК-телевизоров. Однако, они способны формировать изображение самостоятельно, путем воспроизведения индивидуальных пикселей. Пока что производители телевизоров используют светодиоды прежде всего в качестве альтернативного варианта подсветки в обычных ЖК-дисплеях. В таких телевизорах матрица, состоящая из отдельных светодиодов, расположена позади ЖК-панели. Телевизоры с такой подсветкой начали появляться на рынке приблизительно 2 года назад, и с тех пор они завоевали свою долю на рынке ЖК-телевизоров высокой четкости. Однако, стоимость таких телевизоров все еще очень высока и по этой причине их проникновение на рынок незначительно. В настоящее время такие телевизоры составляют приблизительно 3% от всех продаж ЖК-телевизоров. 
 

Следует отметить, что имеет место некоторая путаница в обозначениях, применяемых для телевизоров с LED-подсветкой, которые более правильно было бы называть «светодиодными ЖК-телевизорами». Производитель Samsung усилил эту путаницу, применив обозначение «LED TV» в качестве коммерческого бренда для своих телевизоров со светодиодной подсветкой. Большинство экспертов считают, что данное название вводит потребителя в заблуждение, ведь истинно светодиодные телевизоры это те, в которых пиксели видеоизображения сформированы из индивидуальных светодиодов, т.е. каждый пиксель является самостоятельным источником света и не требует никакой дополнительной подсветки. При этом истинные светодиодные телевизоры действительно существуют. Например, это большинство широкоформатных дисплеев, которые установлены на футбольных полях и используются для отображения цифр и других, более сложных изображений. Они сделаны из массивов тысяч светодиодов, которые, как правило, имеют диаметр 5 мм, в точности как обычные светодиоды, продающиеся в радиомагазинах. Новейшие телевизоры последнего поколения, построенные на основе органических светодиодов (Organic Light-Emitting Diode - OLED), также являются истинными светодиодными телевизорами. 

Варианты реализации светодиодной подсветки

LED/LCD-телевизоры существуют в двух основных вариантах: «full-array» и «edge-lit». В телевизорах «full-array» светодиоды, подсвечивающие пикселы, расположены в виде матрицы, занимающей все пространство непосредственно за ЖК-панелью, а в телевизорах «edge-lit» светодиоды, расположены только по краям экрана. В целом технология «full-array» считается более передовой, так как обеспечивает более высокое качество картинки, однако технология «edge-lit» имеет одно очень важное преимущество: возможность сделать экран телевизора революционно тонким. Телевизоры с подсветкой «edge-lit» могут быть намного тоньше, чем телевизоры с подсветкой «full-array» и тем более с подсветкой на флуоресцентных лампах. 

Аспекты реализации светодиодной подсветки «FULL-ARRAY»

Как правило, с телевизорах «full-array» светодиоды расположены в виде «строк», на расстоянии 1-3 дюйма друг от друга. Рассеивающая панель, расположенная между светодиодным массивом и ЖК-панелью, распределяет свет таким образом, чтобы экран получил равномерное освещение. 

Такое размещение светодиодов открывает большие возможности для увеличения контрастности картинки. А именно, светодиоды могут быть затемнены индивидуально или небольшими группами. Этот процесс, названный «локальным затемнением», предполагает, что светодиоды, расположенные позади темных частей изображения, должны светиться с более низкой интенсивностью, благодаря чему темные полутона будут выглядеть еще более темными, в то время как более яркие части изображения остаются такими же яркими. Данный эффект дает значительное улучшение контрастности изображения, а этот показатель исторически был слабой стороной ЖК-телевизоров. Стоит отметить, что создание эффекта «локального затемнения» невозможно в случае использования флуоресцентных ламп подсветки, так как они расположены по всей длине экрана. Благодаря этому эффекту, последние модели ЖК-телевизоров со светодиодной «full-array»-подсветкой, по контрастности изображения превосходят плазменные телевизоры. Однако, у эффекта «локального затемнения» есть некоторые ограничения. Например, большие ЖК-телевизоры имеют массив из примерно 1000 светодиодов, это означает, что каждый светодиод будет подсвечивать приблизительно 2000 пикселей в ЖК-панели, имеющей разрешение 1920х1080 пиксел. Кроме того, во многих телевизорах управление светодиодами осуществляется не индивидуально, а блоками по пять-десять светодиодов. Очевидно, что в этом случае слишком большое количество пикселей будет освещаться слишком малым количеством светодиодов, и из-за этого будет невозможно достигнуть точных переходов между областями высокой и низкой яркости. Такая неточность приводит к эффекту, получившему название «засветка» (англ. «blooming») - это белые ореолы, появляющиеся на экране по краям ярких объектов, расположенных на темном фоне (например, белая ракета, летящая сквозь черное пространство). Изготовители борятся с эффектом «засветки», увеличивая число светодиодов в массивах подсветки, сокращая число светодиодов в светодиодных блоках, совершенствуя электронную начинку, управляющую светодиодами. и увеличивая контрастность самих ЖК-панелей. Современные ЖК-телевизоры имеют наименьшие проявления эффекта «засветки», но он до сих пор еще существует. 
 

Одно из преимуществ ЖК-телевизоров со светодиодной подсветкой «fullaray» это высокая однородность картинки. Поскольку экран подсвечивается сотнями или тысячами светодиодов вместо приблизительно 20 флуоресцентных ламп, зритель не видит затененных промежутков, которые иногда видны в телевизорах с подсветкой из флуоресцентных ламп. Этот эффект, который часто называют «затемнением экрана», иногда даже упоминается как одна их качественных характеристик ЖК-телевизоров. Большинство изготовителей использует белые светодиоды в своих матрицах подсветки. Однако, в некоторых моделях ЖК-телевизоров Sony вместо них использует группы четырех близко расположенных цветных светодиодов: два зеленых, один красный и один синий. В результате объединения излучений зеленого красного и синего светов, получается белый свет. Sony зарегистрировала эту технологию как торговую марку Трилуминос (Triluminos). Преимущество данного варианта подсветки состоит в том, что чистые цвета, красный, зеленый, и синий могут быть включены независимо друг от друга, что позволяет обеспечить потенциально более широкую цветовую палитру, чем у телевизоров, использующих в подсветке белые светодиоды. Однако, Трилуминос более дорог в реализации, чем белый светодиодный массив, и другие изготовители телевизоров смогли достичь такого же уровня цветопередачи и даже выше, используя только белые светодиоды.

По материалам oledplus.ru