فناوری صفحه نمایش LED و توسعه آن

فناوری نمایشگر LED

پس از بسته بندی ، مهره های LED در یک الگوی ثابت روی یک PCB (برد مدار چاپی) تنظیم می شوند تا یک آرایه نور LED تشکیل شود. این واحد به همراه مدار درایور محیطی ، ماژول LED نامیده می شود (که به عنوان یک تخته LED نیز شناخته می شود). ماژول های LED چندگانه ، همراه با یک الگوی منظم ، همراه با کارت گیرنده و منبع تغذیه ، واحدی به نام کابینت LED تشکیل می دهند. یک صفحه نمایش LED ، ساخته شده با تنظیم چندین کابینت LED ، نمی تواند نمایشگر را برای نمایش محتوای معتبر روشن کند. یک کنترلر و منبع ویدیویی اختصاصی مورد نیاز است.

منبع ویدیویی می تواند از طریق رایانه ، پخش کننده ، سرور رسانه ای ، دوربین یا دستگاه دیگر تهیه شود. این دستگاه ها منبع ویدیویی را به یک کنترلر LED منتقل می کنند ، که منبع ویدیو را رمزگشایی می کند ، قالب را تبدیل می کند و تصویر را کاهش می دهد. سپس کنترل کننده قالب داده نهایی مناسب برای نمایشگر LED را به کارت گیرنده در کابینت LED وارد می کند. کارت گیرنده سپس روشنایی و رنگ تراشه های LED را کنترل می کند و از این طریق محتوای مورد نظر را در صفحه LED نشان می دهد. شکل 1-2-1 ساختار سیستم توپولوژیکی صفحه نمایش LED را نشان می دهد. از منظر کل ساختار نمایشگر LED ، فناوری صفحه نمایش LED شامل فناوری سیستم کنترل نمایشگر LED ، فناوری درایو LED ، فناوری تصحیح صفحه نمایش LED ، فناوری بسته بندی LED ، فناوری تراشه در حال انتشار LED و غیره است.

ساختار زنجیره صنعت نمایشگر LED

پیوندهای مختلف فنی نمایشگرهای LED از نزدیک یکپارچه شده اند تا زنجیره صنعت نمایش LED را تشکیل دهند. این زنجیره صنعت به سه بخش تقسیم می شود: انتهای تراشه (بالادست) ، انتهای بسته بندی (میانی) و انتهای صفحه نمایش (پایین دست) ، همانطور که در شکل نشان داده شده است.

طرف تراشه در درجه اول به تولید ویفر اپیتاکسیال ، به طور خاص تراشه های LED و مواد مرتبط ، که فرآیند تولید تراشه های LED است ، اشاره دارد. فناوری مورد نیاز برای این تلاش شامل دانش اساسی در شیمی و فیزیک است و در نتیجه مانع فنی بالایی برای ورود و تأثیر قابل توجهی در توسعه کل زنجیره صنعت نمایش LED به وجود می آید.

طرف بسته بندی در درجه اول به بسته بندی تراشه های LED ، به ویژه مونتاژ تراشه های ED در واحدهای پیکسل فردی اشاره دارد. محصولاتی که معمولاً در این فرآیند دخیل هستند شامل واحدهای LED بسته بندی شده و پیکسل های LED بسته بندی شده SMD است. این فرایند از فن آوری های فرایند تخصصی برای شکل دادن محصولات سمت تراشه به شکلی استفاده می کند که کنترل و لحیم کاری را تسهیل می کند.

سمت نمایشگر در درجه اول به نمایشگرهای LED تمام شده ، یعنی ماژول های صفحه نمایش LED ، محفظه های LED و صفحه نمایش LED اشاره دارد. این بخش شامل طیف گسترده ای از صنایع ، از جمله تراشه های درایور ، منبع تغذیه ، سیستم های کنترل و محفظه های سخت افزاری است.

جدول زمانی توسعه فناوری کلیدی

نمایشگرهای LED از زمین در فضای باز فوق العاده بزرگ تا زمین داخلی و در حال حاضر به زمین فوق العاده داخلی تبدیل شده اند. دلیل اصلی این امر این است که نیمه هادی های اولیه در حال تابش LED از راندمان درخشان کم و یک نمایشگر رنگ واحد رنج می برند و کاربرد آنها را در برنامه های نمایش ساده مانند تبلیغات درگاه فقط متن و علائم ترافیکی نشان می دهند که نمادها و رنگهای ساده را نشان می دهند. تنها پس از حل مسئله کارآیی ، نمایشگرهای LED وارد دوره تمام رنگ شدند. با این حال ، در آن زمان ، نقطه نقطه نمایش LED هنوز هم بسیار بزرگ بود ، که در درجه اول برای تبلیغات در فضای باز ، اعلامیه های اطلاعاتی و سایر برنامه های کاربردی که نیاز به مشاهده مسافت بسیار طولانی دارند ، استفاده می شد.

با پیشرفت های تکنولوژیکی و ظهور فناوری بسته بندی SMD ، زمین های نقطه نمایش LED توانسته اند به P3.9 یا حتی P2.5 برسند. این اجازه می دهد تا نمایشگرهای LED در اماکن در فضای باز با مسافت های نزدیک مشاهده ، مانند کنسرت ها و پلاک های جامعه نصب شوند و برخی حتی شروع به استفاده از داخل خانه کردند. هنگامی که قسمت نقطه ای از نمایشگرهای LED به P2.0 یا پایین تر رسید ، نمایشگرهای LED در بسیاری از مکان های سرپوشیده مانند پله برقی های مرکز خرید ، ورودی های فروشگاه و نمایشگاه های شرکت ها رایج شدند. نوآوری مداوم فن آوری باعث توسعه نمایشگرهای LED و ورود آنها به زمینه های جدید می شود. نقاط مختلف نقطه سناریوهای مختلف کاربردی را به همراه می آورد ، که به فناوری های مختلف نیاز دارد و مشکلات مختلف را حل می کند.

فناوری تراشه LED و تحولات آن

اصل انتشار نور LED ساده است. اول ، یک تراشه LED باید دارای یک محل اتصال PN باشد. منطقه P در درجه اول سوراخ است ، در حالی که منطقه N در درجه اول الکترون است. نکته ای که مناطق P و N با آن ملاقات می کنند ، محل اتصال PN نامیده می شود. ثانیا ، هنگامی که ولتاژ تعصب رو به جلو افزایش می یابد ، حامل های مناطق P و N به سمت یکدیگر پراکنده می شوند و باعث مهاجرت الکترون ها و سوراخ ها می شوند. در این مرحله ، الکترون ها و سوراخ ها برای تولید انرژی نوترکیب می شوند که به فوتون ها تبدیل می شوند و ساطع می شوند. رنگ ساطع شده در درجه اول توسط طول موج نور تعیین می شود ، که توسط ماده اتصال PN تعیین می شود.

در طول توسعه LED ، فناوری تراشه دستخوش نوآوری ها و تحولات متعددی شده است. در ابتدا ، به دلیل محدودیت های فناوری فرآیند ، اتصالات PN تراشه های LED بزرگ بودند و به طور غیرمستقیم بر اندازه مهره های LED تأثیر می گذاشتند. با پیشرفت مداوم فناوری فرآیند و ساختار تراشه LED ، تراشه های LED به طور فزاینده ای کوچکتر شده اند ، حتی به اندازه های 100μm و پایین تر نیز می رسند.

در حال حاضر ، سه ساختار تراشه اصلی LED وجود دارد. متداول ترین ساختار چهره ، به دنبال آن ساختارهای عمودی و فلیپ تراشه است. ساختار چهره اولین ساختار تراشه است و همچنین معمولاً در نمایشگرهای LED استفاده می شود. در این ساختار ، الکترودها در قسمت بالا با دنباله زیر قرار دارند: P-GAN ، چاه های کوانتومی چندگانه ، N-Gan و بستر. ساختار عمودی به جای بستر یاقوت کبود ، از یک بستر فلزی با محاصره بالا (مانند Si ، Ge و مس) استفاده می کند و به طور قابل توجهی بازده اتلاف گرما را بهبود می بخشد. دو الکترود موجود در ساختار عمودی در هر دو طرف لایه اپی توپیال LED قرار دارند. از طریق الکترود N ، جریان تقریباً به طور عمودی از طریق لایه اپیتاکسیال LED جریان می یابد و جریان جریان جانبی را به حداقل می رساند و از گرمای بیش از حد موضعی جلوگیری می کند. از بالا به پایین ، ساختار تراشه Flip از یک بستر (به طور معمول یک بستر یاقوت کبود) ، N-Gan ، چاه چند کوانتومی P-Gan ، الکترودها (الکترودهای P و N) و برجستگی ها تشکیل شده است. بستر به سمت بالا روبرو است و دو الکترود در یک طرف (رو به پایین) قرار دارند. برجستگی ها به طور مستقیم به پایه متصل می شوند (که گاهی اوقات یک بستر مانند بستر PCB نامیده می شود) به سمت پایین ، هدایت حرارتی هسته را تا حد زیادی تقویت می کند و راندمان درخشان بالاتر را فراهم می کند.

فناوری بسته بندی LED و توسعه آن

بسته بندی یک گام اساسی در توسعه نمایشگرهای LED است. عملکرد آن اتصال منجر به خارجی به الکترودهای تراشه LED و ضمن محافظت از تراشه و بهبود راندمان درخشان است. بسته بندی خوب می تواند باعث افزایش کارایی درخشان و اتلاف گرما از نمایشگرهای LED شود و در نتیجه طول عمر آنها را افزایش دهد. در طول توسعه نمایشگرهای LED ، فن آوری های بسته بندی که به صورت توالی ظاهر می شوند ، DIP (بسته درون خطی) ، SMD (دستگاه نصب سطح) ، IMD (دستگاه ماتریس یکپارچه) ، COB (تراشه روی صفحه) و MIP (در بسته بندی) هستند.

نمایشگرها با استفاده از فناوری بسته بندی DIP اغلب به عنوان نمایشگرهای مستقیم در نسخه داخلی گفته می شوند. مهره های لامپ LED توسط تولید کنندگان بسته بندی مهره لامپ تولید می شوند و سپس توسط ماژول LED و تولید کنندگان نمایشگر در PCB LED وارد می شوند. سپس لحیم کاری موج برای ایجاد ماژول های ضد آب نیمه کره ای و در فضای باز DIP انجام می شود.

نمایشگرها با استفاده از فناوری بسته بندی SMD اغلب نمایشگرهای سطح سطح نامیده می شوند. این تکنیک بسته بندی سه LED RGB را در یک فنجان واحد محاصره می کند تا یک پیکسل RGB را تشکیل دهد. نمایشگرهای LED تمام رنگ تولید شده با فناوری بسته بندی SMD زاویه دید گسترده تری نسبت به آنهایی که با فناوری بسته بندی DIP تولید شده اند ، می توانند سطح را برای بازتاب نور پراکنده درمان کنند و در نتیجه اثر بسیار دانه ای و روشنایی عالی و یکنواختی رنگ ایجاد می شود.

نمایشگرها با استفاده از فناوری بسته بندی IMD اغلب نمایشگرهای همه در یک نامیده می شوند. فناوری بسته بندی IMD چندین پیکسل RGB را در یک فنجان بزرگ محصور می کند ، که اساساً زیر چتر بسته بندی SMD قرار می گیرد. علاوه بر استفاده از فناوری فرآیند SMD موجود ، بسته بندی IMD امکان پیکسل بسیار کوچک را فراهم می کند و مانع بسته بندی موجود در SMD موجود است.

نمایشگرها با استفاده از فناوری بسته بندی COB ابتدا تراشه LED را مستقیماً به PCB لحیم می کنند و سپس آن را با یک لایه از چسب رزین آب بندی می کنند. بسته بندی COB فرآیند SMD را از بین بردن تراشه های LED RGB در داخل فنجان از بین می برد تا پیکسل های فردی را تشکیل دهد و همچنین مخلوط LED های مورد نیاز با بسته بندی SMD را از بین می برد. بنابراین ، فناوری بسته بندی COB از یکنواختی صفحه نمایش ضعیف رنج می برد و برای رسیدگی به این امر به فناوری کالیبراسیون صفحه نمایش LED نیاز دارد. با این حال ، فناوری بسته بندی COB به منابع نور سطحی نزدیکتر است و هر پیکسل دارای زاویه خروجی نور بسیار گسترده ، محافظت عالی و توانایی دستیابی به یک پیکسل بسیار کوچک است.

فناوری بسته بندی MIP در واقع بیشتر بین فن آوری های بسته بندی SMD و COB است. این شامل قرار دادن تراشه LED بر روی PCB و سپس برش PCB در اندازه پیکسل های جداگانه است. این امر باعث می شود روشنایی مختلط شبیه به بسته بندی SMD ، از یکنواختی ذاتی و در عین حال اطمینان از محافظت برخوردار شود.

فناوری راننده و توسعه آن

تراشه های راننده به طور کلی به عنوان IC های راننده گفته می شود. نمایشگرهای اولیه LED عمدتاً با استفاده از IC های راننده ولتاژ ثابت ، در درجه اول به صورت تک و دو رنگ بودند. در سال 1997 ، کشور من اولین درایور اختصاصی IC را برای نمایشگرهای LED تمام رنگ معرفی کرد و از 16 سطح خاکستری به 8192 گسترش یافت. متعاقباً ، رانندگان جریان ثابت به عنوان راننده ارجح برای نمایشگرهای LED تمام رنگ تبدیل شدند که توسط ویژگی های منحصر به فرد نورپردازی LED هدایت می شود. در همین زمان ، درایورهای 16 کانال یکپارچه تر جایگزین درایورهای 8 کانال شدند. در اواخر دهه 1990 ، شرکت های ژاپنی مانند توشیبا و شرکت های آمریکایی مانند Allegro و T به طور پی در پی IC های راننده با جریان ثابت 16 کانال راه اندازی کردند. در اوایل قرن بیست و یکم ، شرکت های چینی نیز تولید انبوه و استفاده از این IC های راننده را آغاز کردند. امروز ، برای پرداختن به مشکلات سیم کشی PCB از نمایشگرهای LED ریز و درشت ، برخی از تولید کنندگان درایور IC IC های درایور ثابت 48 کانال LED را به شدت یکپارچه راه اندازی کرده اند.

در عملکرد یک صفحه نمایش LED تمام رنگی ، نقش راننده دریافت داده های نمایشگر (از کارت دریافت کننده) است که با مشخصات پروتکل مطابقت دارد و PWM (مدولاسیون عرض پالس) و تغییرات زمان فعلی برای خروجی جریان PWM مربوط به روشنایی و نرخ تازه کردن Grayscale برای ایجاد LEDS است. IC های راننده LED را می توان به ICS با هدف کلی و IC های تخصصی تقسیم کرد. IC های با هدف کلی به طور خاص برای نمایشگرهای LED طراحی نشده اند ، بلکه تراشه هایی هستند که با برخی از عملکردهای منطقی نمایشگرهای LED مطابقت دارند. IC های اختصاصی بر اساس ویژگی های نوری در LED ها طراحی شده اند و به طور خاص برای نمایشگرهای LED طراحی شده اند. نمودار زیر معماری آنها را نشان می دهد. LED ها دستگاه های وابسته به فعلی هستند و روشنایی آنها با جریان تغییر می کند. با این حال ، این تغییر جریان می تواند باعث تغییر طول موج تراشه نور LED شود ، به طور غیرمستقیم منجر به تحریف رنگ می شود. یکی از ویژگی های اصلی IC های اختصاصی ، توانایی آنها در تهیه منبع جریان ثابت است. این منبع جریان ثابت ، درایو LED پایدار ، از بین بردن سوسو زدن و تحریف رنگ را تضمین می کند و برای کیفیت تصویر با کیفیت بالا در نمایشگرهای LED ضروری است.

رویکرد IC درایور فوق رانندگی PM (ماتریس منفعل) نامیده می شود ، همچنین به عنوان رانندگی منفعل یا رانندگی مبتنی بر مکان منفعل شناخته می شود. با ظهور میکرو LED و MINI LED ، نقطه نقطه نمایش همچنان در حال کوچک شدن است و چگالی اجزای درایور را افزایش می دهد و سیم کشی PCB را پیچیده می کند. این تأثیر می گذارد قابلیت اطمینان ، IC های راننده را به سمت ادغام بالاتر و به نوبه خود تعداد اسکن های بالاتر نشان می دهد. با این حال ، هرچه تعداد اسکن رانندگی PM بیشتر باشد ، کیفیت نمایشگر نیز بدتر می شود.

من رانندگی می کنم ، همچنین به عنوان رانندگی فعال یا رانندگی مبتنی بر مکان شناخته می شود. مقایسه بین AM و PM رانندگی. از منظر انسانی ، رانندگی بدون سوسو زدن به نظر می رسد و برای چشم راحت تر است. همچنین قدرت کمتری نیز مصرف می کند. علاوه بر این ، من رانندگی می کنم ، به دلیل تراکم ادغام بالاتر ، به تراشه های کمتری نیاز دارد.

فناوری سیستم کنترل صفحه نمایش LED و توسعه آن

سیستم های کنترل صفحه نمایش LED برای دستیابی به کیفیت عالی تصویر مهم هستند و پیشرفت های کیفیت تصویر تا حد زیادی از طریق سیستم کنترل حاصل می شود. یک سیستم کنترل اساسی شامل نرم افزار کنترل (نرم افزار رایانه میزبان) ، یک کنترلر (کنترل استاد مستقل) و کارت گیرنده است. نرم افزار کنترل در درجه اول پارامترهای مختلف نمایش را پیکربندی می کند. کنترلر در درجه اول تقسیم تصویر را بر روی منبع ویدیویی انجام می دهد. و کارت گیرنده منبع ویدیویی ارسال شده توسط کنترلر را با توجه به توالی زمان بندی خاص ، از این طریق کل صفحه نمایش را روشن می کند.

تاریخ توسعه کنترل کننده

سیستم های کنترل ، به عنوان "سیستم مرکزی" نمایشگرهای LED ، در ابتدا در قالب تابلوها ظاهر می شوند ، با محصولات معمولی مانند MSD300 Nova Nebula. بعداً ، به عنوان صفحه نمایش پیکسل و سناریوهای کاربردی تکامل یافت ، کنترل کننده های مبتنی بر شاسی به تدریج پدیدار شدند ، با محصولات معمولی مانند MCTRL600 نوا سحابی. بعداً ، هنگامی که نمایشگرهای LED وارد برنامه های اجاره ای داخلی و کوچک شدند ، تقاضا برای تنظیمات ساده نمایشگر وجود داشت و فاکتور فرم کنترلر تکامل یافت و قابلیت اشکال زدایی LCD صفحه جلو را اضافه کرد. محصولات معمولی شامل MCTRL660 NOVA سحابی است. از آنجا که صفحه نمایش پیکسل همچنان در حال کوچک شدن است ، تعداد نمایشگرهای 4K در بازار رو به افزایش است. این باعث افزایش ظرفیت بار یک کنترلر واحد شده است و به یک کنترلر نیاز دارد که بتواند مستقیماً با وضوح 4K را کنترل کند. در نتیجه ، کنترل کننده های 16 پورت ظاهر شده اند که نمونه بارز آن سحابی Nova McTrl4k است. از آنجا که صفحه نمایش پیکسل همچنان در حال کوچک شدن است و سناریوهای برنامه گسترش می یابد ، نیازهای عملکرد کنترل کننده ها نیز در حال افزایش است. کنترل کننده های دارای قابلیت پردازش فیلم در حال ظهور هستند ، با محصولات معمولی مانند سحابی Nova V700 ، V900 و V1260. برخی از پروژه ها همچنین به قابلیت های ترکیبی از صفحه بزرگ نیاز دارند و منجر به ظهور کنترل کننده ها با قابلیت های ترکیبی و پردازش فیلم می شود. محصولات معمولی شامل کنترل کننده های ترکیبی نوا سحابی H2 ، H5 و H9 است.

توسعه کارت های گیرنده

در تاریخچه کارت های گیرنده ، از آنجا که نمایشگرهای LED در ابتدا در خارج از منزل مورد استفاده قرار می گرفتند ، برای سهولت در نصب و نگهداری ، بیشتر کارتهای گیرنده دارای رابط های توپی داخلی مانند نوا سحابی DH426 بودند. همانطور که نمایشگرهای LED از فضای باز به فضای داخلی منتقل می شوند ، الزامات مربوط به کیفیت تصویر ، پهنای باند و ساختار به طور فزاینده ای سختگیرانه می شوند. این امر منجر به ظهور کارتهای گیرنده با رابط های با چگالی بالا و در نتیجه اندازه های کوچکتر مانند سری زره ​​های سحابی نوا شد. با ظهور فن آوری های جدید پیکسل و بسته بندی ، از نمایشگرهای LED به طور فزاینده ای در برنامه های سطح بالا مانند سینمای خانگی ، آموزش و مراقبت های بهداشتی استفاده می شود و تقاضای بیشتری را در سیستم های کنترل قرار می دهد. این خواسته ها نه تنها به کیفیت تصویر بالاتر بلکه نرخ فریم بالاتر نیز نیاز دارند تا از نمایندگی بهتر و واقع بینانه تر جهان اطمینان حاصل شود. این نیاز به کارتهای گیرنده پهنای باند بالاتر ، مانند کارت گیرنده Nova Nebula CA50 5 G است.

با پیشرفت فن آوری های Mini LED و Micro LED ، الزامات برای نمایشگرهای LED به طور فزاینده ای سختگیرانه می شوند و خواستار نه تنها کیفیت تصویر بالاتر و پهنای باند بیشتر هستند ، بلکه طراحی های ساختاری نازک تر ، ارگونومیکی و انعطاف پذیر تر نیز دارند. این امر به استفاده از کارتهای گیرنده سطح تراشه کنترل برای برآورده کردن این خواسته های بازار نیاز داشته است.