Как развивалась светодиодная технология?

1910s: Люминесценция полупроводниковых материалов

Если вы хотите проследить историю возникновения светодиодов, вам придется вернуться в начало XX века. В 1907 году ученый Х. Дж. Раунд заметил, что при прохождении тока через диод SiC излучается слабый желто-зеленый свет. Это самое раннее зафиксированное явление, основанное на принципах работы светодиодов.

В 1920-х годах российский ученый Олег Лосев обнаружил, что диоды из SiC и ZnO могут излучать более заметный свет. Однако в то время чистота материалов была крайне низкой, и существующие технологии не позволяли использовать их в качестве источника света.

1950-е годы: первая партия инфракрасных светодиодов

В 1947 году был изобретен p-n-переход, заложивший технологическую основу для технологии светоизлучающих диодов (LED). К 1950-м годам были разработаны высокочистые монокристаллические полупроводники, такие как карбид кремния (SiC) и оксид цинка (ZnO), и в то же время начали развиваться процессы изготовления металлических электродов.

До 1962 года ученый Ник Холоньяк-младший изготовил первый видимый красный светодиод с использованием фосфида арсенида галлия (GaAsP). Это достижение широко считается отправной точкой в развитии современных Светодиодная технология. Однако разработанные в этот период светодиоды обладали крайне низкой яркостью и светоотдачей, имели ограниченный срок службы и были очень дорогими.

1970s: Светодиоды начали официально внедряться

К 1970-м годам светодиоды стали электронными устройствами, пригодными для массового производства. Постепенно созрел процесс производства красных светодиодов на основе GaAsP, а также начали выпускаться зеленые и желтые светодиоды на основе фосфида галлия (GaP). В то же время светодиоды стали выпускаться в сквозной упаковке DIP (Dual In-line Package), что позволило увеличить срок службы светодиодов и несколько снизить их стоимость.

Однако в этот период светодиоды только начинали использоваться для освещения и еще не достигли настоящей коммерциализации. Это было связано с тем, что технология светодиодов еще не достигла зрелости, уровень яркости оставался низким, а стоимость единицы продукции - относительно высокой.

1990-е годы: изобретен сверхъяркий синий светодиод

Изобретение синего светодиода

К 1990 году были разработаны светодиоды красного и зеленого цветов, но синих светодиодов по-прежнему не было. Это делало невозможным синтез белого света и, следовательно, не позволяло светодиодам по-настоящему выйти на рынок освещения. Наконец, в 1993 году Шуджи Накамура совершил технологический прорыв, использовав нитрид галлия (GaN) и создав синий светодиод высокой яркости.

Появление белых светодиодов

После появления синих светодиодов был решен и вопрос с белым светом. В 1996-1997 годах были разработаны белые светодиоды. Это достигается путем покрытия чипа синего светодиода люминофором YAG: Ce, который преобразует часть синего света в желтый. Комбинация синего и желтого света воспринимается человеческим глазом как белый свет.

На этом этапе белые светодиоды уже превосходили лампы накаливания по яркости, светоотдача достигала 20-40 лм/Вт, а срок службы превышал десятки тысяч часов, хотя стоимость использования оставалась высокой.

Расширение в другие области применения

С появлением синих и белых светодиодов они стали применяться в самых разных областях, включая индикаторные лампы в бытовой технике, цифровые дисплеи, такие как калькуляторы и часы, а также подсветку для самых первых ЖК-дисплеев.

2000s: Широко используется для светодиодного освещения

Мощный чип

К началу XXI века технология синих светодиодов постепенно совершенствовалась, а их характеристики улучшились во всех отношениях. Световая отдача белых светодиодов достигла 70 лм/Вт, обеспечивая более высокую яркость, низкое энергопотребление и характеристики, значительно превосходящие традиционные лампы накаливания и галогенные лампы.

Точные показатели оценки и более длительный срок службы

Метод измерения срока службы светодиодов также усовершенствован. Вместо того чтобы просто вычислять время до выхода устройства из строя, срок службы теперь определялся как время, необходимое для снижения светового потока до 70% или 80% от его первоначального значения, обозначаемого как L70 или L80. Эта метрика оценки срока службы используется с тех пор, что позволяет более точно оценить срок службы светодиодной продукции.

На тот момент срок службы светодиодов был значительно увеличен и достигал 50 000 часов по стандарту L70.

Технология рассеивания тепла

Светодиодные чипы очень чувствительны к высоким температурам. Для светодиодных ламп высокая температура ускоряет снижение яркости свечения, сокращает срок службы чипа и снижает эффективность тока. Эффективный отвод тепла может продлить срок службы светодиода, сохраняя его работоспособность даже после длительного использования.

Ранние DIP- и SMD-корпуса не обеспечивали достаточного теплоотвода. К 2000-м годам в светодиодах постепенно стали применяться более эффективные конструкции терморегулирования, включая керамические и металлические подложки с высокой теплопроводностью, алюминиевые радиаторы, охлаждающие вентиляторы и чашки-отражатели. В то же время была разработана более эффективная упаковка COB. Эти меры позволили значительно увеличить срок службы светодиодов.

Светодиоды заменяют традиционные источники света

Лампы накаливания и люминесцентные лампы имеют большие размеры, низкую светоотдачу и короткий срок службы, а люминесцентные лампы содержат вещества, такие как ртуть, которые могут быть вредны для человека. Светодиоды не только имеют длительный срок службы, лучший индекс цветопередачи (CRI), меньшие затраты на замену, но и обладают более высокой светоотдачей.

Кроме того, что еще более важно, светодиодные чипы имеют небольшие размеры и гибкую упаковку, что позволяет изготавливать из них различные типы ламп, светильников, панелей и модулей подсветки.

2010s: Большое развитие технологии светодиодных дисплеев

Дальнейшее улучшение производительности

В XXI веке светодиоды продолжают стремительно развиваться. Примерно к 2015 году высокоэффективные светодиоды достигли светоотдачи примерно 150-220 лм/Вт, срока службы L70 около 100 000 часов и индекса цветопередачи (CRI) 90 или выше, что отвечает требованиям большинства высокотехнологичных приложений.

Светодиод с малым шагом пикселя

Вообще говоря, меньший шаг пикселя делает ваш светодиодный экран более четким. С 2009 года в светодиодных дисплеях для помещений начали использовать светодиоды в SMD-пакетах, которые позволяют углы наклона пикселей уменьшился до P2-P3 мм, что позволило добиться более высокого разрешения. К 2012 году шаг пикселей достиг P1,5-P2 мм и стал использоваться во многих высококлассных дисплеях для помещений.

Восхождение мини-светодиодов

В 2010-х годах появилась более совершенная технология Mini LED. Мини-светодиоды - это передовая технология регулировки яркости, используемая в ЖК-дисплеях, с десятками тысяч светодиодов подсветки за экраном, каждый из которых имеет диаметр менее 200 микрон. Эти светодиоды разделены на тысячи зон, каждую из которых можно регулировать по отдельности, что значительно улучшает цветопередачу дисплея.

Даже сегодня Mini LED все еще стоит относительно дорого, но это отличный выбор, если вы хотите купить ЖК-дисплей.

Быстрый рост мирового рынка светодиодов

В 2010-х годах мировой рынок светодиодов стремительно развивался. В 2010 году мировой рынок светодиодов оценивался примерно в 15 миллиардов долларов США, а к 2015 году он вырос до 38 миллиардов долларов США. К концу десятилетия светодиоды постепенно получили широкое распространение в освещении, дисплеях и автомобильном освещении, в то время как спрос на ЖК-дисплеи с подсветкой, ноутбуки и телевизоры увеличился. Телевизоры со светодиодной подсветкой почти полностью вытеснили традиционные лампы CCFL.

В то же время регионы и страны, включая Европу, Китай и США, ввели стандарты энергосбережения и сокращения выбросов, отказавшись от ламп накаливания и люминесцентных ламп. Такая политика означает, что в будущем вы увидите больше продуктов, использующих светодиодные технологии.

2020s: Высокотехнологичные дисплеи

Значительно расширенный рынок

По сравнению с 2010-ми годами, в 2020-х годах светодиоды займут большую долю рынка. Вы также увидите, что светодиоды становятся все более распространенными и проникают в различные отрасли. Согласно рыночным отчетам авторитетных источников, таких как Fortune Business Insights и Grand View Research, мировой рынок светодиодов оценивался примерно в 55 миллиардов долларов США в 2020 году и, как ожидается, превысит 70 миллиардов долларов США к 2025 году.

Микросветодиод: Новый прорыв

По сравнению с традиционными светодиодными дисплеями, Micro LED отличается гораздо меньшими размерами светодиодных чипов, более мелким шагом пикселей и значительно большим количеством светодиодов. Дисплей с разрешением 8K может содержать порядка 100 миллионов пикселей.

Однако коммерциализация микросветодиодов производителями пока находится на ранней стадии. Технология Micro LED требует чрезвычайно сложных производственных процессов, и такие проблемы, как низкий уровень выхода продукции и высокая стоимость ремонта, по-прежнему трудно преодолеть. Кроме того, Micro LED - это самая передовая технология светодиодных дисплеев, которую можно приобрести. В настоящее время только ведущие производители, такие как Samsung, коммерциализировали технологию Micro LED.

Сочетание светодиодов и искусственного интеллекта

В 2020-х годах технологии ИИ постепенно развивались и внедрялись во многих отраслях. В то же время отрасли ИИ и светодиодов начали пересекаться на ранней стадии.

Для светодиодных дисплеев искусственный интеллект может быть встроен в алгоритмы отображения светодиодного экрана, позволяя автоматически улучшать изображение, включая повышение разрешения, подавление шумов и оптимизацию локальное затемнение.

Для светодиодного освещения искусственный интеллект может регулировать яркость и цветовую температуру в соответствии с различными условиями, следовать естественным ритмам дневного света и даже повышать энергоэффективность, что обеспечивает более качественное освещение.

Перспективы светодиодной технологии

К середине 2020-х годов технология светодиодов достигла высокой степени зрелости. Независимо от отрасли, светодиоды были одними из лучших с точки зрения световой эффективности, энергопотребления и стоимости.

В будущем, благодаря технологическому прогрессу в смежных областях, светоотдача и производственные процессы светодиодов могут быть еще более усовершенствованы, технологии светодиодных дисплеев станут более зрелыми, а цены - более доступными. В то же время светодиоды будут интегрироваться в более продвинутые интеллектуальные продукты, такие как AR/VR-дисплеи, интеллектуальное освещение и терапевтические светодиодные приложения.

Традиционная технология освещения

Лампа накаливания

Лампа накаливания - самый традиционный источник электрического света. Когда электрический ток проходит через вольфрамовую нить, нить сопротивляется току, нагревается и излучает видимый свет. Хотя лампы накаливания могут обеспечивать высокую яркость освещения, они имеют короткий срок службы и низкую светоотдачу, и их в значительной степени заменили светодиоды и люминесцентные лампы.

Галогенная лампа

Галогенная лампа - это усовершенствованная версия лампы накаливания, в колбу которой добавлены галогенные газы, такие как йод или бром, что повышает светоотдачу и срок службы по сравнению с традиционными лампами накаливания. Однако потребление энергии остается высоким, и их постепенно вытесняют светодиоды.

Компактная люминесцентная лампа (CFL)

The компактная флуоресцентная лампа (CFL) это разновидность люминесцентной лампы. Она имеет небольшие размеры, энергоэффективна и имеет более длительный срок службы, чем лампы накаливания, и широко используется для освещения жилых и офисных помещений. Однако из-за содержания в ней ртути неправильная утилизация может нанести вред окружающей среде и здоровью людей, поэтому ее постепенно снимают с производства.

Ксеноновая лампа

Ксеноновая лампа - это высокоинтенсивный газоразрядный источник света, состоящий из двух вольфрамовых высокотемпературных электродов, трубки из кварцевого стекла и заполненный газом ксеноном под высоким давлением. Газ ксенон ионизируется под действием высоковольтного разряда, образуя электрическую дугу, которая излучает белый свет высокой яркости.

В области освещения ксеноновые лампы в значительной степени заменены светодиодами. Однако в таких областях, как оптическое моделирование и большие проекторы, где светодиоды не могут удовлетворить требованиям к сверхвысокой яркости и непрерывным спектрам, ксеноновые лампы пока остаются незаменимыми.

Часто задаваемые вопросы

Можно ли сделать светодиодные экраны сенсорными?

Да. Хотя светодиодные экраны по своей сути являются светоизлучающими устройствами отображения, для обеспечения сенсорной функциональности можно добавить слой распознавания прикосновений. Существует два основных метода: инфракрасное касание и емкостное касание. Основная концепция емкостного сенсорного ввода была предложена еще в 1960-х годах, а к 2000-м сенсорная технология широко применялась в смартфонах и сенсорных дисплеях.

Как на больших экранах достигается равномерность цвета и яркости?

Для больших светодиодных дисплеев достижение равномерного цвета и яркости требует обеспечения высокого качества как на аппаратном уровне, так и на уровне калибровки цвета. С аппаратной стороны это включает качество светодиодных чипов, оптический дизайн и точную пайку. Что касается цветокалибровки, то для поддержания высокого качества используются такие методы, как локальное затемнение и заводская калибровка.

Как светодиодные дисплеи становятся все более тонкими?

Светодиодные дисплеи становятся все более тонкими, в основном благодаря уменьшению размеров светодиодных чипов, уменьшению толщины печатной платы, более совершенным методам упаковки и более рациональным конструкциям модулей. В то же время улучшились упаковочные материалы: алюминиевые сплавы или углеродное волокно часто заменяют стальные рамки, делая светодиодные дисплеи более легкими и тонкими.

IvanLED: Профессиональный производитель светодиодных дисплеев

Если вы хотите настроить светодиодный дисплей, ИванLED это отличный выбор. Мы являемся профессиональным производителем светодиодов в Китае, наша продукция продается более чем в 50 странах и регионах. IvanLED также имеет передовые технологии производства и строгую команду контроля качества, а также обеспечивает 3-летнее послепродажное обслуживание, что делает нас лучшим выбором для ваших потребностей в настройке.

Если у вас есть какие-либо вопросы, не стесняйтесь обращаться к нам!