22. Технология изготовления и сборки волоконно-оптических устройств и оптических дисков.

Особенности ВОЛС

•Микроминиатюризация коммутационных схем достигается переходом от гальванических соединений в блоках к оптическим волноводным линиям связи. Обработка информации осуществляется микросхемами, а связь с микросхемами- оптическими методами, что увеличивает помехозащищенность и надежность связи.

•Соединения в пределах ячеек и микромодулей могут быть выполнены на основе элементов интегральной оптики, а межблочные соединения- на основе многоканальных волоконно-оптических линий связи (ВОЛС).

•Волоконная оптика широко применяется в цифровой телефонной связи, кабельном телевидении, INTERNET, в медицинском и промышленном оборудовании.

1- входное устройство,

2- модулятор,

3- устройство ввода,

4- волоконно-оптический кабель, 5- устройство вывода, 6- демодулятор, 7- усилитель, 8- выходное устройство

Оптические волокна

Виды волокон:

1- одномодовое волокно,

2 - двухмодовое волокно

Преимущества ВОЛС перед проводными линиями связи

•1–широкополосность передачи данных ( до 5 - 7 ГГц)

2–высокая помехозащищеность и помехоустойчивость

3 –высокая пропускная способность ( до 550 Мбит/с)

4–гальваническая развязка между электронными блоками

5–снижение потребляемой мощности в 1,5 раза

6–выигрыш в массе в 100 раз

7–снижение габаритных размеров в 20 раз

Недостатки ВОЛП

-Относительная хрупкость оптического волокна. При сильном изгибании кабеля возможна поломка волокон или их замутнение из-за возникновения микротрещин.

-Сложная технология изготовления как самого волокна, так и компонентов ВОЛС.

-Сложность преобразования сигнала (в интерфейсном оборудовании).

-Относительная дороговизна оптического оконечного оборудования.

-Замутнение волокна с течением времени вследствие старения.

•1-плотность записи до 108 бит/c

•2-емкость дисков 109 –10 10 бит

•3-бесконтактное считывание информации

•4-простая технология тиражирования

•5-снижение массы, габаритов и энергопотребления

Процесс считывания информации с оптического диска можно разбить на 4 этапа.

•1. Луч лазера испускается лазер-диодом привода CD-ROM. Проходя через систему линз, он фокусируется на областях спирали данных компакт-диска, двигаясь по траекториям, задаваемым сервоприводом. Сервопривод служит для перемещения направляющей линзы.

•2. Луч производит считывание, отражаясь с различной интенсивностью от pit-слоя компакт-диска.

•3. Отраженный луч возвращается, попадая в группу призм. Там происходит его преломление и отражение на фотодетектор.

•4. Фотодетектор определяет интенсивность светового потока и переправляет эту информацию к микропроцессору дисковода, который завершает ее анализ, преобразуя в цифровую последовательность.

1-подложка диска,

2-фотополимеризуемый лак,

3-металлическая копия- матрица,

Технология оптоэлектронных устройств отображения информации: светодиодные панели и экраны, особенности сборки.

Светодиод (light emission diode – LED) является полупроводниковым прибором, его активная часть, называемая «кристалл» , как и у обычных диодов состоит из двух типов полупроводника – с электронной (n-типа) и с дырочной (p-типа) проводимостью. В отличие же от обычного диода в светодиоде на границе полупроводников разного типа существует определенный энергетический барьер, препятствующий рекомбинации электронно-дырочных пар. Электрическое поле, приложенное к кристаллу, позволяет преодолеть этот барьер и происходит рекомбинация пары с излучением кванта света. Длина волны излучаемого света определяется величиной энергетического барьера, который, в свою очередь, зависит от материала и структуры полупроводника, а также наличия примесей.

Современные светодиодные технологии позволяют использовать экраны не только на улице в качестве рекламных носителей, но и в помещении, как высококлассный источник изображения, который по своим техническим параметрам превосходят плазму, LCD панели и видеопроекционное оборудование, как по контрастности, так и по яркости и углу обзора. Самым уникальным свойством светодиодных экранов является возможность создания сплошных больших видеоэкранов, без стыков и “швов”. Светодиодные экраны для помещений используют модульный принцип построения, что позволяет создавать видеостены любого размера. Вы можете создать видеоэкран размером 3х2,2 м (4:3), что соответствует примерно 149” по диагонали или видеоэкран 3,5х2 м (16:9) – 161“ по диагонали.

Светодиодные матрицы применяются для подсвечивания логотипов, объемных букв и вывесок и значительно превосходят традиционные системы освещения по следующим показателям:

• низкое энергопотребление.

• увеличенный срок службы: до 100 000ч. (неон-60 000ч., люминесцентные лампы-10000ч.)

• быстрая установка и подключение.

• высокая стойкость к внешним механическим воздействиям.

• светодиоды обладают непревзойденной яркостью.

• 100%-ая водонепроницаемость.

• низкое напряжение  (12В ).

Светодиодный экран (LED-screen) — устройство отображения и передачи визуальной информации, в котором каждой точкой, пикселем является полупроводниковый светодиод «Light Emitting Diodes»-(LED).

Конструкции экранов

конструирование экранов прошло в своем развитии несколько этапов: кластеры, матрицы, SMD-блоки.

Общий принцип конструирования светодиодных экранов исходит из дискретной природы источников света, когда изображение формируется из набора светящихся точек, расположенных в узлах прямоугольной растровой сетки. Эти точки отображения информации, или иначе «пиксели» состоят из нескольких светодиодов трех основных цветов – красного (R), зеленого (G) и синего (B). Подавая на каждый светодиод импульсы тока получают по каждому цвету световые потоки разной интенсивности, которые, складываясь в пикселе, могут давать палитру из миллионов цветовых оттенков. Поскольку скорость реакции светодиода на управляющий импульс весьма велика, в светодиодных экранах нет проблем с выводом видео и анимационных изображений. По цветопередаче им нет равных среди существующих в настоящее время на рынке других дисплейных технологий.

Вначале изготовители светодиодных экранов использовали так называемые кластеры, герметичные компактные конструкции, которые заключали в себе от 4-5 до нескольких десятков светодиодов трех основных цветов. Светодиодные кластеры имели точки крепления, с помощью которых они устанавливались на поверхность металлического листа, образуя тем самым, излучающую поверхность, где каждый кластер выполнял роль пикселя светодиодного экрана. Экраны небольших размеров, в несколько квадратных метров, строились, как правило, моноблочными, однако такая технология была неприемлема для формирования больших информационных полей, поэтому сразу утвердился и до сих пор применяется модульный принцип создания больших светодиодных экранов.

Светодиодные модули

Модуль представляет собой функционально законченный фрагмент экрана, размеры, конструкция и интерфейсы которого в максимальной степени приспособлены для быстрого монтажа больших экранов в месте эксплуатации. Наиболее распространен размер модуля площадью около одного квадратного метра, в состав модуля как правило входит блок питания, система термо- и пылевлаго- защиты электроники и светодиодов.

Лицевую поверхность модуля, или её излучающую поверхность сейчас формируют с помощью светодиодных матриц. Матрица представляет собой плату печатного монтажа, на одной стороне которой установлены в периодическом порядке светодиоды основных цветов, на другой управляющие ими ЭРЭ, пространство между светодиодами залито темным компаундом, а ряды между светодиодами разделены пластиковой солнцезащитной гребенкой. В отличие от кластерной системы, светодиоды в матрице могут пространственно не группироваться в пиксели, при этом диоды оного цвета располагают друг от друга на равных расстояниях, а в пиксели их объединяют программным способом. Переход к матрицам был обусловлен в основном двумя причинами: с появлением на рынке более ярких светодиодов, вторая – производство матриц более технологично и позволяет автоматизировать большинство операций при их изготовлении, а значит повысить качество сборки и снизить себестоимость производства светодиодных экранов.

SMD светодиодные блоки

Третьим этапом развития конструкций светодиодных экранов стал переход к SMD-блокам, который еще не стал повсеместным технологическим явлением, но без сомнения, что скоро им станет. SMD-блоки, по сути, являются теми же светодиодными матрицами, отличие заключается в элементной базе и технологии монтажа. Как отмечается в статье о светодиодах, SMD-светодиоды существенно отличаются по конструкции от диодов лампового типа, их использование позволяет полностью автоматизировать процесс сборки матриц и тем самым исключить ручные операции, которые зачастую являются причиной выхода некачественной продукции. Экраны, созданные на базе SMD-технологии в СТРАНАХ СНГ еще не получили достаточного распространения по причине относительной дороговизны высокояркостных SMD-светодиодов, поэтому по данной технологии изготавливаются в основном небольшие экраны с высоким разрешением (шаг пикселя 5-12 мм) для помещений. Другой причиной медленного освоения данной технологии является необходимость переоснащения и автоматизации производства, что по карману далеко не всем производителям светодиодных экранов.

Технологии светодиодов

Существует три вида технологии светодиодов: COB-, SMD-, Т-тип. По технологии СОВ (сhip-on-board), для того, чтобы достичь высокой (до 70 шт. на см2) плотности сборки, чипы светодиодов устанавливаются и соединяются непосредственно на печатной плате. Хороший теплоотвод гарантирует продолжительный срок службы. Одно из главных преимуществ СОВ- технологии — равномерное светораспределение. Эта технология открывает новые и перспективные области применения.

В отличие от LED с проводниками, SMD-светодиоды не имеют металлического рефлектора (который состоит из одного проводника). В зависимости от специфики применения SMD-светодиоды имеют различные формы и размеры. SMD-технология позволяет производить плоские лампы с широкими углами рассеивания излучения.

Светодиод Т-типа состоит из светоизлучающего кристаллического чипа, вторичной оптики, золотой или алюминиевой проволоки и пластмассового корпуса. Т-технология обеспечивает более точный и узкий угол рассеивания излучения, который обеспечивает требуемую высокую яркость.