Technologia wyświetlania LED
Po zapakowaniu koraliki LED są ułożone w stały wzór na płytce drukowanej (drukowana płyta drukowana), aby utworzyć tablicę LED. Ta jednostka, wraz z obwodami sterownika peryferyjnego, nazywa się modułem LED (znanym również jako płyta LED). Wiele modułów LED, połączonych w regularnym wzorze, wraz z kartą odbiorczą i zasilaczem, tworzą jednostkę o nazwie szafka LED. Wyświetlacz LED, skonstruowany przez układanie wielu szafek LED, nie może oświetlić wyświetlacza, aby wyświetlić prawidłową zawartość. Wymagane są dedykowany kontroler i źródło wideo.
Źródło wideo może pochodzić z komputera, odtwarzacza, serwera multimedialnego, aparatu lub innego urządzenia. Urządzenia te wysyłają źródło wideo do kontrolera LED, który dekoduje źródło wideo, konwertuje format i odcina obraz. Następnie kontroler wyświetla ostateczny format danych odpowiedni dla wyświetlacza LED do karty odbiorczej w szafce LED. Karta odbiorcza następnie kontroluje jasność i kolor wiórów LED, wyświetlając w ten sposób pożądaną zawartość na wyświetlaczu LED. Rycina 1-2-1 pokazuje strukturę systemu topologicznego wyświetlania LED. Z perspektywy całej struktury wyświetlania LED technologia wyświetlania LED obejmuje technologię systemu kontroli wyświetlania LED, technologię napędu LED, technologię korekcji wyświetlania LED, technologię opakowań LED, technologię chipów emitujących światło LED itp.
Struktura łańcucha branży LED Display
Różne techniczne linki wyświetlaczy LED są ściśle zintegrowane z utworzeniem łańcucha branży LED. Ten łańcuch branżowy jest podzielony na trzy segmenty: końcowy układ (powyżej), koniec opakowania (środkowy) i końcowy wyświetlacz (w dół), jak pokazano na rysunku.
Strona chipowa odnosi się przede wszystkim do produkcji waflów epitaksjalnych, w szczególności wiórów LED i powiązanych materiałów, które są procesem produkcji układów LED. Technologia wymagana do tego przedsięwzięcia obejmuje fundamentalną wiedzę w zakresie chemii i fizyki, co powoduje wysoką barierę techniczną wejścia i znaczący wpływ na rozwój całego łańcucha branżowego wyświetlania LED.
Strona opakowania odnosi się przede wszystkim do opakowania wiórów LED, w szczególności montażu wiórów ED w poszczególne jednostki pikselowe. Produkty zazwyczaj biorące udział w tym procesie obejmują zapakowane przez DIP jednostki LED i piksele LED zapakowane SMD. Proces ten wykorzystuje wyspecjalizowane technologie procesowe do kształtowania produktów po stronie wiórów w formę, która ułatwia obsługę i lutowanie.
Strona wyświetlacza odnosi się przede wszystkim do wyświetlaczy LED, mianowicie modułów wyświetlania LED, obudów LED i ekranów LED. Ten segment obejmuje szeroką gamę branż, w tym układy sterowników, zasilacze, systemy sterowania i obudowy sprzętowe.
Oś czasu rozwoju technologii
Wyświetlacze LED ewoluowały od ultra-dużego boiska zewnętrznego do drobnego skoku wewnętrznego, a teraz do ultra-cienkiego boiska do pomieszczenia. Głównym powodem tego jest to, że wczesne półprzewodniki emitujące światło LED cierpiały z powodu niskiej wydajności świetlistych i pojedynczego kolorowego wyświetlacza, ograniczając ich zastosowanie do prostych aplikacji wyświetlaczy, takich jak reklamy drzwi tylko tekstu i znaki ruchu wyświetlające symbole i proste kolory. Dopiero po rozwiązaniu problemu wydajności wyświetlacze LED wchodziły do epoki pełnej koloru. Jednak w tym czasie wysokość wyświetlaczy LED była nadal bardzo duża, głównie wykorzystywana do reklamy zewnętrznej, powiadomień informacyjnych i innych aplikacji wymagających oglądania bardzo długich odległości.
Dzięki postępom technologicznym i pojawieniu się technologii opakowań SMD, boiska do kropki LED były w stanie osiągnąć P3.9, a nawet P2.5. Umożliwiło to zainstalowanie wyświetlaczy LED w miejscach zewnętrznych z bliskimi odległościami oglądania, takimi jak koncerty i place społeczności, a niektóre nawet zaczęły być używane w pomieszczeniu. Kiedy wysokość wyświetlaczy LED dotarła do P2.0 lub poniżej, wyświetlacze LED stały się powszechne w wielu lokalizacjach wewnętrznych, takich jak ruchome centrum handlowe, wejścia do sklepu i korporacyjne salę wystawowe. Ciągłe innowacje technologiczne napędzają rozwój wyświetlaczy LED i ich wejście na nowe pola. Różne wysokości DOT przynoszą różne scenariusze aplikacji, wymagające różnych technologii i rozwiązywania różnych problemów.
Technologia Chip i jej rozwój
Zasada emisji światła LED jest prosta. Po pierwsze, chip LED musi mieć skrzyżowanie PN. Obszar P to przede wszystkim otwory, a region N to przede wszystkim elektrony. Punkt, w którym spotykają się regiony P i N, nazywa się skrzyżowaniem PN. Po drugie, gdy zwiększa się napięcie odchylenia do przodu, nosiciele w regionach P i N rozpraszają się w kierunku siebie, powodując migrację elektronów i otworów. W tym momencie elektrony i otwory rekombinują, aby generować energię, która jest przekształcana w fotony i emitowane. Kolor emitowanego światła zależy przede wszystkim przez długość fali światła, która jest określona przez materiał połączenia PN.
W trakcie rozwoju LED technologia CHIP przeszła liczne innowacje i ewolucje. Początkowo, ze względu na ograniczenia technologii procesu, połączenia PN chipów LED były duże, pośrednio wpływając na wielkość koralików LED. Dzięki ciągłemu postępowi technologii procesowej i strukturze chipów LED chipy LED stają się coraz mniejsze, nawet osiągając rozmiary 100 μm i poniżej.
Obecnie istnieją trzy główne struktury chipów LED. Najczęstszą jest konstrukcja skierowana, a następnie struktury pionowe i przewrotne ,. Struktura skierowana jest najwcześniejsza struktura układu i jest również powszechnie stosowana w wyświetlaczach LED. W tej strukturze elektrody znajdują się u góry, z następującą sekwencją: P-gan, wielu studzienki kwantowej, N-GAN i podłoża. Struktura pionowa wykorzystuje podłoże metalowe o wysokiej termicznej przewodności (takiej jak Si, GE i Cu) zamiast szafirowego substratu, znacznie poprawiając wydajność rozpraszania ciepła. Dwie elektrody w strukturze pionowej znajdują się po obu stronach warstwy epitaksjalnej LED. Przez elektrodę N prąd przepływa prawie całkowicie pionowo przez warstwę epitaksjalną LED, minimalizując przepływ prądu bocznego i zapobiegając zlokalizowanemu przegrzaniu. Od góry do dołu struktura flip-chip składa się z substratu (zazwyczaj szafirowego substratu), N-gan, wielu studni kwantowych p-gan, elektrod (elektrody p i n) i guzków. Podłoże stoi w górę, a dwie elektrody są po tej samej stronie (skierowane w dół). Budy są bezpośrednio podłączone do podstawy (czasami nazywane substratem, takim jak podłoże PCB) w dół, znacznie zwiększając przewodność cieplną rdzenia i zapewniając wyższą wydajność świetlistą.
Technologia opakowań LED i jej rozwój
Opakowanie jest niezbędnym krokiem w opracowywaniu wyświetlaczy LED. Jego funkcją jest podłączenie zewnętrznych przewodów do elektrod układu LED, a także ochronę układu i poprawa wydajności świetlnej. Dobre opakowanie może zwiększyć wydajność świetlistą i rozpraszanie ciepła wyświetlaczy LED, tym samym przedłużając ich żywotność. Podczas opracowywania wyświetlaczy LED technologie pakowania, które pojawiły się w sekwencji, to Dip (podwójny pakiet in-line), SMD (urządzenie do montażu powierzchniowego), IMD (zintegrowane urządzenie macierzy), COB (Chip-on-Board) i MIP (mikroled w pakiecie).
Wyświetlacze przy użyciu technologii opakowań DIP są często określane jako wyświetlacze bezpośrednio. Koraliki LED są produkowane przez producentów opakowań z koralikami lamp, a następnie wkładane do PCB LED przez moduł LED i producentów wyświetlaczy. Następnie wykonuje się lutowanie falowe w celu stworzenia modułów wodoodpornych na pół-outdoor i zewnętrznej.
Wyświetlacze za pomocą technologii opakowań SMD są często nazywane wyświetlaczami MOUT-MOUT. Ta technika pakowania zawiera trzy diody LED RGB w jednej filiżance, tworząc jeden piksel RGB. Pełnokolorowe wyświetlacze LED wytwarzane za pomocą technologii opakowań SMD oferują szerszy kąt widzenia niż te wytwarzane z technologią opakowań DIP, a powierzchnię może być obróbka w celu rozproszonego odbicia światła, co powoduje znacznie mniej ziarnisty efekt oraz doskonałą jednolitość jasności i koloru.
Wyświetlacze za pomocą technologii pakowania IMD są często nazywane wyświetlaczami typu „wszystko w jednym”. Technologia opakowań IMD obejmuje wiele pikseli RGB w dużym kubku, zasadniczo wpadając pod parasolem opakowania SMD. Oprócz wykorzystania istniejącej technologii procesów SMD, opakowanie IMD pozwala na bardzo mały piksel, przebijając istniejącą barierę opakowania SMD.
Wyświetla się przy użyciu technologii opakowań COB najpierw lutowanie chipu LED bezpośrednio do PCB, a następnie uszczelnij go warstwą kleju żywicy. Opakowanie COB eliminuje proces SMD obejmujący układy LED RGB w kubku w celu utworzenia poszczególnych pikseli, a także eliminuje mieszanie diod LED wymaganych z opakowaniem SMD. Dlatego technologia opakowań COB cierpi na słabą jednorodność wyświetlania, wymagającą technologii kalibracji wyświetlania LED w celu rozwiązania tego problemu. Jednak technologia opakowań COB jest bliżej źródeł światła powierzchniowego, przy czym każdy piksel ma bardzo szeroki kąt wyjściowy światła, doskonałą ochronę i możliwość osiągnięcia bardzo małego tonu piksela.
Technologia opakowań MIP jest w rzeczywistości bardziej pośrednikiem między technologiami opakowań SMD i COB. Obejmuje umieszczenie układu LED na PCB, a następnie wycięcie PCB na poszczególne rozmiary pikseli. Pozwala to na mieszane oświetlenie podobne do opakowania SMD, zapewniając nieodłączną jednolitość, jednocześnie zapewniając ochronę.
Technologia kierowcy LED i jej rozwój
Chipy kierowcy są ogólnie określane jako ICS sterownika. Wczesne wyświetlacze LED były przede wszystkim jedno- i dwurkliste, wykorzystując ICS sterownika o stałym napięciu. W 1997 r. Mój kraj wprowadził pierwszy dedykowany układ scerowy sterownika do pełnej koloru wyświetlaczy LED, rozszerzając się z 16 poziomów w skali szarości do 8192. Następnie sterowniki stałego prądu stały się preferowanym kierowcą dla wyświetlaczy LED w pełnej kolorze, napędzanych unikalnymi cechami oświetlenia LED. W tym samym czasie bardziej zintegrowane 16-kanałowe sterowniki zastąpiły 8-kanałowe sterowniki. Pod koniec lat 90. japońskie firmy, takie jak Toshiba i amerykańskie firmy, takie jak Allegro i T kolejno uruchomiły 16-kanałowy kierowca ICS. Na początku XXI wieku chińskie firmy również zaczęły masowo produkować i korzystać z tych układów scalonych. Dzisiaj, aby rozwiązać problemy z okablowaniem PCB z wyświetlaczami LED Fine Quitch, niektórzy producenci IC, wprowadzili wysoce zintegrowane 48-kanałowe ICS sterownika LED.
Podczas obsługi pełnego koloru wyświetlacza LED rolą kierowcy jest odbieranie danych wyświetlania (z karty odbierającej), które są zgodne ze specyfikacjami protokołu i wewnętrznie generują PWM (modulacja szerokości impulsów) i bieżące zmiany czasu w celu wyświetlania prądu PWM związanego z jasnością i częstotliwością odświeżania w skali szarości w celu rozjaśnienia diod LED. ICS Dride Driver można podzielić na ogólne układy scalone i wyspecjalizowane ICS. ICS ogólnego zastosowania nie jest zaprojektowany specjalnie dla wyświetlaczy LED, ale raczej układy pasujące do niektórych logicznych funkcji wyświetlaczy LED. Dedykowane układy scalone są zaprojektowane na podstawie charakterystyk emitujących światła diod LED i są specjalnie zaprojektowane do wyświetlaczy LED. Poniższy schemat pokazuje ich architekturę. LED to urządzenia zależne od prądu, a ich jasność zmienia się wraz z prądem. Jednak ta obecna zmiana może spowodować zmianę długości fali układu światła LED, pośrednio prowadząc do zniekształceń kolorów. Kluczową cechą dedykowanego ICS jest ich zdolność do zapewnienia stałego źródła prądu. To stałe źródło prądu zapewnia stabilny napęd LED, eliminujący błysk i zniekształcenie kolorów, i jest niezbędne dla jakości obrazu wysokiej jakości na wyświetlaczach LED.
Powyższe podejście IC kierowcy nazywa się PM (matryca pasywna), znana również jako pasywna jazda lub pasywna jazda po lokalizacji. Wraz z pojawieniem się mikro diod LED i mini LED, skok kropkowy wyświetlaczy nadal kurczy się, zwiększając gęstość komponentów sterownika i komplikując okablowanie PCB. Wpływa to na niezawodność wyświetlania, kieruj ICS kierowcy w kierunku wyższej integracji, a tym samym wyższe liczby skanowania. Jednak im wyższa liczba skanowania jazdy PM, tym gorsza jakość wyświetlania.
Jadę jadąc, znany również jako aktywna jazda lub aktywna jazda po lokalizacji. Porównanie jazdy AM i PM. Z ludzkiej perspektywy jazda wydaje mi się bez migotania i jest wygodniejsza dla oka. Zużywa również mniej energii. Ponadto jadę, ze względu na wyższą gęstość integracji, wymaga mniej układów.
Technologia systemu kontroli wyświetlania LED i jego rozwój
Systemy kontroli wyświetlania LED są kluczem do osiągnięcia doskonałej jakości obrazu, a ulepszenia jakości obrazu są w dużej mierze osiągane za pośrednictwem systemu sterowania. Podstawowy system sterowania składa się z oprogramowania sterowania (oprogramowanie komputerowe hosta), kontrolera (niezależna kontrola główna) i karta odbiorcza. Oprogramowanie sterujące konfiguruje przede wszystkim różne parametry wyświetlania; Kontroler wykonuje przede wszystkim segmentację obrazów w źródle wideo; a karta odbiornika wysyła źródło wideo wysyłane przez kontroler zgodnie z określoną sekwencją czasową, oświetlając w ten sposób cały wyświetlacz.
Historia rozwoju kontrolera
Systemy sterowania, służące jako „centralny system” wyświetlaczy LED, początkowo pojawiły się w formie płyt, z typowymi produktami, takimi jak MSD300 Nova Nebuli. Później, w miarę ewolucji wysokości pikseli i scenariuszy aplikacji, stopniowo pojawiają się kontrolery oparte na podwoziach, z typowymi produktami, takimi jak MCTRL600 Nova Nebula. Później, gdy wyświetlacze LED wprowadzone do aplikacji do wynajęcia i małe, było zapotrzebowanie na proste korekty wyświetlania, a współczynnik formularza kontrolera ewoluował, dodając możliwości debugowania LCD z przodu. Typowe produkty to MCTRL660 Nova Nebula. W miarę wzrostu wysokości wyświetlacza wyświetlaczy na rynku wzrasta liczba wyświetlaczy 4K na rynku. Zwiększyło to pojemność obciążenia pojedynczego sterownika, wymagającą kontrolera zdolnego do bezpośredniej obsługi rozdzielczości 4K. W związku z tym pojawiły się 16-portowe kontrolery, przy czym typowym przykładem jest Nova Mgławica McTrl4K. W miarę wzrostu scenariuszy wyświetlania Pixel Pitch stale zmniejsza się, wymagania dotyczące wydajności dla kontrolerów również rosną. Pojawiają się kontrolery z możliwościami przetwarzania wideo, z typowymi produktami, takimi jak Nova Nebula V700, V900 i V1260. Niektóre projekty wymagają również możliwości splicingu na dużym ekranie, co prowadzi do pojawienia się kontrolerów o możliwościach splicingu i przetwarzania wideo. Typowe produkty obejmują kontrolery składania serii Nova Mgławicy H2, H5 i H9.
Opracowanie kart odbiorników
W historii kart odbiorczych, ponieważ wyświetlacze LED były początkowo używane przede wszystkim na zewnątrz, w celu ułatwienia instalacji i konserwacji, większość kart odbiorczych zawierała wbudowane interfejsy piasty, takie jak Nova Nebula DH426. Ponieważ wyświetlacze LED przechodzące z użytkowania na zewnątrz do wewnętrznego, wymagania dotyczące jakości obrazu, przepustowości i struktury stały się coraz bardziej rygorystyczne. Doprowadziło to do pojawienia się kart odbiorczych o interfejsach o dużej gęstości, co spowodowało mniejsze rozmiary, takie jak seria pancerza Nova Nebula. Wraz z pojawieniem się nowych technologii pikseli i opakowań wyświetlacze LED były coraz częściej stosowane w aplikacjach wysokiej klasy, takich jak kino domowe, edukacja i opieka zdrowotna, stawiając wyższe wymagania dotyczące systemów kontroli. Wymagania te wymagają nie tylko wyższej jakości obrazu, ale także wyższej liczby klatek na sekundę, aby zapewnić lepszą i bardziej realistyczną reprezentację świata. Wymaga to karty odbiorników o wyższej pasma, takie jak karta odbiorcza Nova Nebula CA 50 5.
Wraz z postępem technologii Mini LED i Micro LED wymagania dotyczące wyświetlaczy LED stają się coraz bardziej rygorystyczne, wymagając nie tylko wyższej jakości obrazu i większej przepustowości, ale także cieńszej, bardziej ergonomicznej i bardziej elastycznej konstrukcji. Wymagało to użycia kart odbiorników na poziomie sterowania, aby zaspokoić te wymagania rynkowe.
