LED -näyttötekniikka
Pakattuaan LED -helmet on järjestetty kiinteään kuvioon piirilevylle (painettu piirilevy) LED -valon taulukon muodostamiseksi. Tätä yksikköä yhdessä perifeerisen ohjaimen piirin kanssa kutsutaan LED -moduuliksi (tunnetaan myös nimellä LED -kortti). Useita LED -moduuleja, jotka yhdistetään säännöllisessä kuviossa, yhdessä vastaanotinkortin ja virtalähteen kanssa, muodostavat yksikön, jota kutsutaan LED -kaapiksi. LED -näyttö, joka on rakennettu järjestämällä useita LED -kaappeja, ei voi valaisemaan näyttöä, jotta näyttöön tulee kelvollinen sisältö. Vaaditaan omistettu ohjain ja videolähde.
Videolähde voi tulla tietokoneelta, soittimelta, mediapalvelimelta, kameralta tai muulta laitteelta. Nämä laitteet tuovat videolähteen LED -ohjaimelle, joka dekoodaa videolähteen, muuntaa muodon ja leikkaa kuvan. Ohjain lähettää sitten LED -näytölle sopivan lopullisen datamuodon LED -kaapin vastaanotinkorttiin. Vastaanotinkortti ohjaa sitten LED -sirujen kirkkautta ja väriä, mikä näyttää halutun sisällön LED -näytössä. Kuvio 1-2-1 näyttää LED-näytön topologisen järjestelmän rakenteen. Koko LED-näyttörakenteen näkökulmasta LED-näyttötekniikka sisältää LED-näytönohjausjärjestelmätekniikan, LED-aseman tekniikkaa, LED-näytönkorjaustekniikkaa, LED-pakkaustekniikkaa, LED-valoa säteilevää sirutekniikkaa jne.
LED -näyttöteollisuuden ketjurakenne
LED -näyttöjen eri tekniset linkit on integroitu tiiviisti LED -näyttöteollisuusketjun muodostamiseen. Tämä teollisuusketju on jaettu kolmeen segmenttiin: sirupää (ylävirtaan), pakkauspää (MIDStream) ja näyttöpää (alavirtaan), kuten kuvassa on esitetty.
Sirun puoli viittaa ensisijaisesti epitaksiaalikiekkojen tuotantoon, erityisesti LED -siruihin ja siihen liittyviin materiaaleihin, jotka ovat LED -sirujen valmistusprosessi. Tätä pyrkimykseen vaadittu tekniikka kattaa kemian ja fysiikan perustiedot, mikä johtaa suureen tekniseen maahantuloon ja merkittävään vaikutukseen koko LED -näyttöteollisuusketjun kehitykseen.
Pakkauspuoli viittaa ensisijaisesti LED -sirujen pakkaukseen, erityisesti ED -sirujen kokoonpanoon yksittäisiksi pikseliyksiköiksi. Tähän prosessiin tyypillisesti mukana olevia tuotteita ovat upotuspakatut LED-yksiköt ja SMD-pakatut LED-pikselit. Tämä prosessi käyttää erikoistuneita prosessitekniikoita sirun puolen tuotteiden muotoiluun muotoon, joka helpottaa käsittelyä ja juottamista.
Näyttöpuoli viittaa ensisijaisesti valmiisiin LED -näyttöihin, nimittäin LED -näyttömoduuleihin, LED -koteloihin ja LED -näytöihin. Tämä segmentti sisältää laajan valikoiman toimialoja, mukaan lukien kuljettajan sirut, virtalähteet, ohjausjärjestelmät ja laitteistokotelot.
Keskeinen tekniikan kehittäminen aikajana
LED-näytöt ovat kehittyneet erittäin suuresta ulkoilmakorkeudesta hienoon sisäkorkeuteen ja nyt erittäin hienoon sisätilojen sävelkorkeuteen. Tärkein syy tähän on, että varhaisessa vaiheessa LED-valoa säteilevät puolijohteet kärsivät alhaisesta valoisasta tehokkuudesta ja yhdestä värinäytöstä, rajoittaen niiden sovelluksen yksinkertaisiin näyttösovelluksiin, kuten vain teksti-oviaukon mainokset ja liikennemerkit, jotka näyttävät symboleja ja yksinkertaisia värejä. Vasta tehokkuusongelman ratkaisemisen jälkeen LED-näytöt pääsivät täydenväriseen aikakauteen. Tuolloin LED-näyttöjen pistekortti oli kuitenkin edelleen erittäin suuri, pääasiassa ultramainontaan, tietoilmoitukseen ja muihin sovelluksiin, jotka vaativat erittäin pitkiä matkan katselua.
Teknologisella kehityksellä ja SMD -pakkaustekniikan syntymisellä LED -näyttöpisteet ovat pystyneet saavuttamaan P3.9: n tai jopa P2.5: n. Tämän sallittu LED -näytöt asennetaan ulkopaikoille läheisillä katseluetäisyyksillä, kuten konsertteja ja yhteisökenttiä, ja jotkut jopa alkoivat käyttää sisätiloissa. Kun LED -näyttöjen pistepiste saavutti P2.0: n tai sen alapuolelle, LED -näytöistä tuli yleisiä monissa sisätiloissa, kuten ostoskeskuksen liukuportaissa, myymälöissä sisäänkäynteissä ja yritysnäyttelytiloissa. Jatkuva teknologinen innovaatio johtaa LED -näyttelyiden kehittämistä ja niiden pääsyä uusille aloille. Eri pisteen kentät tuovat erilaisia sovellusskenaarioita, jotka vaativat erilaisia tekniikoita ja ratkaisemalla erilaisia ongelmia.
LED -sirutekniikka ja sen kehitys
LED -valopäästöjen periaate on yksinkertainen. Ensinnäkin LED -sirulla on oltava PN -risteys. P -alue on pääasiassa reikiä, kun taas N -alue on pääasiassa elektroneja. Pistettä, jossa P- ja N -alueet kohtaavat, kutsutaan PN -risteykseksi. Toiseksi, kun eteenpäin suuntautuva puolueellisuusjännite lisääntyy, P- ja N -alueiden kantajat hajoavat toisiaan kohti, aiheuttaen elektronien ja reikien siirtymisen. Tässä vaiheessa elektronit ja reikät yhdistyvät energian tuottamiseksi, joka muunnetaan fotoneiksi ja lähetetään. Lähetetyn valon väri määritetään ensisijaisesti valon aallonpituudella, joka määritetään PN -liitoksen materiaalilla.
LED -kehityksen aikana Chip Technology on käynyt läpi useita innovaatioita ja kehitystä. Alun perin prosessitekniikan rajoitusten vuoksi LED -sirujen PN -liitokset olivat suuria, vaikuttaen epäsuorasti LED -helmien kokoon. Prosessitekniikan ja LED -sirurakenteen jatkuvan edistymisen myötä LED -sirut ovat entistä pienemmät, jopa saavuttaneet kokoja 100 μm ja sen jälkeen.
Tällä hetkellä on kolme pääkäyttöistä sirurakenteita. Yleisin on kasvojen ylöspäin suuntautuva rakenne, jota seuraa pystysuuntaiset ja kääntökiskot ,. Kasvojen ylöspäin suuntautuva rakenne on varhaisin sirurakenne, ja sitä käytetään yleisesti myös LED-näytöissä. Tässä rakenteessa elektrodit sijaitsevat yläreunassa seuraavan sekvenssin: p-gan, useita kvanttikaivoja, n-gania ja substraattia. Pystysuuntainen rakenne käyttää korkean lämpöä johtavuusmetallisubstraattia (kuten SI, GE ja Cu) safiirisubstraatin sijasta, mikä parantaa merkittävästi lämmön hajoamisen tehokkuutta. Pystysuoran rakenteen kaksi elektrodia sijaitsevat LED -epitaksiaalikerroksen molemmilla puolilla. N -elektrodin kautta virta virtaa melkein kokonaan pystysuoraan LED -epitaksiaalikerroksen läpi, minimoimalla sivuvirran virtaus ja estämällä paikallista ylikuumenemista. Ylhäältä alas flip-chip-rakenne koostuu substraatista (tyypillisesti safiirialusta), n-ganista, monimuotoisesta p-gganista, elektrodit (P- ja N-elektrodit) ja kuopat. Substraatti on ylöspäin, ja kaksi elektrodia ovat samalla puolella (alaspäin). Kuopat on kytketty suoraan pohjaan (joskus kutsutaan substraatiksi, kuten piirilevyn substraatti) alaspäin, mikä parantaa ytimen lämmönjohtavuutta huomattavasti ja tarjoaa suuremman valaistustehokkuuden.
LED -pakkaustekniikka ja sen kehitys
Pakkaus on välttämätön askel LED -näytöiden kehittämisessä. Sen tehtävänä on yhdistää ulkoiset johtajat LED -sirun elektrodiin, samalla kun suojaa sirua ja parantaa valaisevaa tehokkuutta. Hyvä pakkaus voi parantaa LED -näyttelyiden valaisevaa tehokkuutta ja lämmön häviämistä, pidentäen siten niiden käyttöikää. LED-näyttöjen kehittämisen ajan peräkkäin syntyneet pakkaustekniikat ovat DIP (kaksois-linjapaketti), SMD (Surface Mount -laite), IMD (integroitu matriisilaite), Cob (siru-levy) ja MIP (mikroluotettu pakkauksessa).
Näyttöjä, joissa käytetään Dip-pakkaustekniikkaa, kutsutaan usein suoran lisäysnäytöksi. LED -lamppujen helmet valmistavat LAMP -helmipakkauksen valmistajat ja sitten LED -moduulin ja näytön valmistajien LED -piirilevyyn. Sitten suoritetaan Wave-juotos DIP-puolijalo- ja vedenpitävien moduulien ulkoasun luomiseksi.
SMD-pakkaustekniikkaa käyttäviä näyttöjä kutsutaan usein pinta-asennusnäytöksi. Tämä pakkaustekniikka kapseloi kolme RGB -LEDiä yhden kupin sisällä muodostaakseen yhden RGB -pikselin. SMD-pakkaustekniikalla tuotetut täysväriset LED-näytöt tarjoavat laajemman katselukulman kuin dip-pakkaustekniikalla tuotetut, ja pintaa voidaan hoitaa hajavalojen heijastukseen, mikä johtaa paljon vähemmän rakeiseen vaikutukseen ja erinomaiseen kirkkauteen ja värin tasaisuuteen.
IMD-pakkaustekniikkaa käyttäviä näyttöjä kutsutaan usein all-in-one-näytöksi. IMD -pakkaustekniikka kapseloi useita RGB -pikseliä suureen kuppiin, joka on pääasiassa SMD -pakkauksen sateenvarjon alla. Nykyisen SMD -prosessitekniikan hyödyntämisen lisäksi IMD -pakkaus mahdollistaa erittäin pienen pikselin sävelkorkeuden, joka murtaa olemassa olevan SMD -pakkausesteen.
Näyttää COB -pakkausteknologian avulla LED -sirun ensin suoraan piirilevylle ja tiivistä se sitten kerroshartsiliimalla. COB -pakkaus eliminoi SMD -prosessin kapseloidakseen RGB -LED -sirut kuppiin yksittäisten pikselien muodostamiseksi ja eliminoi myös SMD -pakkauksen tarvittavien LED -ledien sekoittamisen. Siksi COB -pakkaustekniikka kärsii huonosta näytön yhdenmukaisuudesta, mikä vaatii LED -näytön kalibrointitekniikkaa tämän ratkaisemiseksi. COB -pakkaustekniikka on kuitenkin lähempänä pintavalonlähteitä, ja jokaisella pikselillä on erittäin leveä valonlähtökulma, erinomainen suoja ja kyky saavuttaa erittäin pieni pikselikenttä.
MIP -pakkaustekniikka on oikeastaan enemmän välituotanto SMD- ja COB -pakkaustekniikoiden välillä. Siihen sisältyy LED -sirun sijoittaminen piirilevylle, sitten leikkaamisen piirilevy yksittäisiin pikselikokoihin. Tämä mahdollistaa SMD -pakkauksen kaltaisen sekoitetun valaistuksen varmistamalla luontaisen tasaisuuden ja samalla suojaa.
LED -kuljettajatekniikka ja sen kehitys
Kuljettajan siruihin viitataan yleensä kuljettajan ICS: llä. Varhaiset LED-näytöt olivat ensisijaisesti yhden ja kaksoisvärisiä, hyödyntäen vakiojännitekohjaista ICS: ää. Vuonna 1997 maani esitteli ensimmäisen omistetun kuljettajan IC: n värillisille LED-näytöille, jotka laajentuivat 16 harmaasävyasteesta 8192: een. Myöhemmin vakiovirta-ohjaimista tuli ensisijainen kuljettaja täydenväristen LED-näytöille, jotka johtuivat LED-valaistuksen yksilöllisistä ominaisuuksista. Samanaikaisesti integroituneemmat 16-kanavaiset kuljettajat korvasivat 8-kanavaiset kuljettajat. 1990-luvun lopulla japanilaiset yritykset, kuten Toshiba ja amerikkalaiset yritykset, kuten Allegro ja T, käynnistivät peräkkäin 16-kanavan johtivat vakiovirta-kuljettajan ICS: ää. 2000-luvun alkupuolella kiinalaiset yritykset aloittivat myös näiden kuljettajan ICS: n joukon tuottamisen ja käytön. Jotkut ohjaimen IC-valmistajat ovat tänään käynnistäneet erittäin integroidun 48-kanavan LED-vakiovirta-kuljettajan ICS: n piirilevyn johdotusongelmien ratkaisemiseksi hienovaraisten LED-näyttelyiden piirilevyjen johdotusongelmiin.
Täysvärisen LED-näytön toiminnassa kuljettajan tehtävänä on vastaanottaa näyttötiedot (vastaanottavalta kortilta), joka noudattaa protokollamäärityksiä ja tuottaa sisäisesti PWM: n (pulssin leveyden modulaatio) ja nykyajan vaihtelut PWM-virran tuottamiseksi, joka liittyy kirkkauteen ja harmaasävyihin, jotka liittyvät LED-laitteisiin. LED-kuljettajan ICS voidaan jakaa yleiskäyttöön ja erikoistuneisiin IC: iin. Yleiskäyttöisiä IC-arvoja ei ole suunniteltu erityisesti LED-näytöille, vaan pikemminkin sirut, jotka vastaavat joitain LED-näyttöjen loogisia toimintoja. Omistetut IC: t on suunniteltu LEDien valoa säteilevien ominaisuuksien perusteella ja ne on suunniteltu erityisesti LED-näytöille. Seuraava kaavio näyttää heidän arkkitehtuurinsa. LEDit ovat nykyisestä riippuvaisia laitteita, ja niiden kirkkaus muuttuu virran kanssa. Tämä virranmuutos voi kuitenkin aiheuttaa LED -valon sirun aallonpituuden siirtymisen, mikä johtaa epäsuorasti värivääristykseen. Omistettujen IC: ien keskeinen piirre on niiden kyky tarjota vakio nykyinen lähde. Tämä vakiovirtalähde varmistaa vakaan LED-aseman, eliminoimalla välkkymisen ja värin vääristymisen, ja se on välttämätön korkealaatuiselle kuvanlaadulle LED-näytöissä.
Yllä olevaa kuljettajan IC-lähestymistapaa kutsutaan PM (passiivinen matriisi) ajo, joka tunnetaan myös passiivisena ajo- tai passiivisena sijaintipohjaisena ajamana. Mikro -LED: n ja mini -LED: n syntyessä näyttöjen pistepiste kutistuu edelleen lisäämällä ohjainkomponenttien tiheyttä ja monimutkaistaa piirilevyn johdotuksia. Tämä vaikuttaa näytön luotettavuuteen, ajaa kuljettajan ICS: ää kohti korkeampaa integraatiota ja puolestaan korkeampaa skannausmäärää. Mitä korkeampi PM -ajamisen skannausmäärä on, sitä huonompi näytön laatu.
Aion, joka tunnetaan myös nimellä aktiivinen ajaminen tai aktiivinen sijaintipohjainen ajo. Vertailu AM: n ja PM: n ajamisen välillä. Ihmisen näkökulmasta ajon näyttää välkkymättömältä ja on mukavampaa silmälle. Se kuluttaa myös vähemmän valtaa. Lisäksi aion korkeamman integraatiotiheyden vuoksi vaatii vähemmän siruja.
LED -näytönohjausjärjestelmätekniikka ja sen kehitys
LED -näytönohjausjärjestelmät ovat avain erinomaisen kuvanlaadun saavuttamiseen, ja kuvanlaadun parannukset saavutetaan suurelta osin ohjausjärjestelmän kautta. Perusohjausjärjestelmä koostuu ohjausohjelmistosta (isäntätietokoneohjelmisto), ohjaimesta (riippumaton pääohjaus) ja vastaanotinkortista. Ohjausohjelmisto määrittää ensisijaisesti erilaisia näyttöparametreja; Ohjain suorittaa ensisijaisesti kuvan segmentoinnin videolähteellä; ja vastaanotinkortti lähettää ohjaimen lähettämän videolähteen tietyn ajoitusjärjestyksen mukaan, valaiseen siten koko näytön.
Ohjaimen kehityshistoria
Ohjausjärjestelmät, jotka toimivat LED -näyttöjen "keskusjärjestelmänä", ilmestyivät alun perin levyjen muodossa, tyypillisillä tuotteilla, kuten Nova Nebula's MSD300. Myöhemmin, kun näyttöpikselin kentät ja sovellusskenaariot kehittyivät, alustapohjaiset ohjaimet syntyivät vähitellen tyypillisillä tuotteilla, kuten Nova Nebulan MCTRL600. Myöhemmin, kun LED-näytöt syötettiin sisä- ja pienvuokraussovelluksiin, yksinkertaisten näyttöjen säätöjen kysyntä ja ohjaimen muotokerroin kehittyi lisäämällä etupaneelin LCD-virheenkorjausominaisuudet. Tyypillisiä tuotteita ovat Nova Nebulan MCTRL660. Kun näyttöpikselin nousu kutistuu edelleen, markkinoilla olevien 4K -näyttelyiden lukumäärä kasvaa. Tämä on lisännyt yhden ohjaimen kuormituskapasiteettia, mikä vaatii ohjaimen, joka pystyy käsittelemään suoraan 4K -resoluutiota. Tämän seurauksena on syntynyt 16-porttinen ohjain, tyypillinen esimerkki on Nova Nebula McTrl4K. Kun näyttöpikselin sävelkorkeus edelleen kutistuu ja sovellusskenaariot laajenevat, myös ohjaimien suorituskykyvaatimukset kasvavat. Videonkäsittelyominaisuuksien ohjaimet ovat syntymässä, tyypillisillä tuotteilla, kuten Nova Nebula V700, V900 ja V1260. Jotkut projektit vaativat myös suuria näytön silmukointiominaisuuksia, mikä johtaa ohjaimien syntymiseen sekä silmukointi- että videoiden käsittelyominaisuuksilla. Tyypillisiä tuotteita ovat Nova Nebula H2-, H5- ja H9 -sarjan silmukoiden ohjaimet.
Vastaanotinkorttien kehittäminen
Vastaanotinkorttien historiassa, koska LED-näytöt käytettiin alun perin pääasiassa ulkona, asennuksen ja ylläpidon helpottamiseksi, useimmissa vastaanotinkorteissa oli sisäänrakennettuja navan rajapintoja, kuten Nova Nebula DH426. Kun LED -näytöt siirtyivät ulkoilusta sisäkäyttöön, kuvanlaadun vaatimukset, kaistanleveys ja rakenne tulivat yhä tiukemmaksi. Tämä johti vastaanotinkorttien syntymiseen korkean tiheyden rajapinnoilla, mikä johti pienempiin kokoihin, kuten Nova Nebula Armor -sarjaan. Uuden pikselin sävelkorkeuden ja pakkaustekniikan syntyessä LED-näytöitä on käytetty yhä enemmän huippuluokan sovelluksissa, kuten kotiteatterissa, koulutuksessa ja terveydenhuollossa, asettamalla korkeampia vaatimuksia ohjausjärjestelmiin. Nämä vaatimukset vaativat paitsi korkeampaa kuvanlaatua myös korkeampaa kehysnopeutta paremman ja realistisemman esityksen varmistamiseksi. Tämä edellyttää korkeamman kaistanleveyden vastaanotinkortteja, kuten Nova Nebula CA 50 5 G -vastaanotinkortti.
Mini -LED- ja mikro -LED -tekniikoiden edistymisen myötä LED -näyttelyiden vaatimukset ovat yhä tiukempia, mikä vaatii paitsi korkeampaa kuvanlaatua ja suurempaa kaistanleveyttä, myös ohuempia, ergonomisempia ja joustavampia rakennesuunnitteluja. Tämä on edellyttänyt, että Control-sirutason vastaanotinkorttien käyttö näiden markkinoiden vaatimusten täyttämiseksi.
