Tecnología de visualización LED
Después de ser empaquetado, las perlas LED se organizan en un patrón fijo en una PCB (placa de circuito impreso) para formar una matriz de luz LED. Esta unidad, junto con los circuitos del controlador periférico, se llama módulo LED (también conocido como placa LED). Múltiples módulos LED, combinados en un patrón regular, junto con una tarjeta receptor y una fuente de alimentación, forman una unidad llamada gabinete LED. Una pantalla LED, construida organizando múltiples gabinetes LED, no puede iluminar la pantalla para mostrar contenido válido. Se requiere un controlador dedicado y una fuente de video.
La fuente de video puede provenir de una computadora, reproductor, servidor de medios, cámara u otro dispositivo. Estos dispositivos emiten la fuente de video a un controlador LED, que decodifica la fuente de video, convierte el formato y corta la imagen. Luego, el controlador genera el formato de datos final adecuado para la pantalla LED a la tarjeta receptor dentro del gabinete LED. La tarjeta receptora luego controla el brillo y el color de los chips LED, mostrando así el contenido deseado en la pantalla LED. La Figura 1-2-1 muestra la estructura del sistema topológico de una pantalla LED. Desde la perspectiva de toda la estructura de visualización LED, la tecnología de pantalla LED incluye tecnología del sistema de control de visualización LED, tecnología de accionamiento LED, tecnología de corrección de visualización LED, tecnología de envasado LED, tecnología de chips de luz LED, etc.
Estructura de la cadena de la industria de la pantalla LED
Los diversos enlaces técnicos de las pantallas LED están estrechamente integrados para formar la cadena de la industria de la pantalla LED. Esta cadena de la industria se divide en tres segmentos: el extremo del chip (aguas arriba), el extremo de empaque (medio) y el extremo de pantalla (aguas abajo), como se muestra en la figura.
El lado del chip se refiere principalmente a la producción de obleas epitaxiales, específicamente los chips LED y los materiales relacionados, que es el proceso de fabricación para chips LED. La tecnología requerida para este esfuerzo abarca un conocimiento fundamental en química y física, lo que resulta en una alta barrera técnica de entrada y una influencia significativa en el desarrollo de toda la cadena de la industria LED de visualización.
El lado del embalaje se refiere principalmente al embalaje de chips LED, específicamente al ensamblaje de chips ED en unidades de píxeles individuales. Los productos generalmente involucrados en este proceso incluyen unidades LED llenas de inmersión y píxeles LED llenos de SMD. Este proceso utiliza tecnologías de procesos especializadas para dar forma a los productos del lado de la chip en un formulario que facilita el manejo y la soldadura.
El lado de la pantalla se refiere principalmente a pantallas LED terminadas, a saber, módulos de pantalla LED, gabinetes LED y pantallas LED. Este segmento involucra una amplia gama de industrias, que incluyen chips de controladores, fuentes de alimentación, sistemas de control y gabinetes de hardware.
Línea de tiempo de desarrollo de tecnología clave
Las pantallas LED han evolucionado desde un tono al aire libre ultra grande hasta un tono interior fino, y ahora a un tono interior ultra fino. La razón principal de esto es que los primeros semiconductores de luz LED sufrieron de baja eficiencia luminosa y una sola pantalla de color, limitando su aplicación a aplicaciones de visualización simples, como anuncios de puertas solo por texto y señales de tráfico que muestran símbolos y colores simples. Solo después de que se resolvió el problema de eficiencia, las pantallas LED ingresaron a la era a todo color. Sin embargo, en ese momento, el tono DOT de las pantallas LED seguía siendo muy grande, se usaba principalmente para publicidad al aire libre, avisos de información y otras aplicaciones que requieren una visualización de distancia de ultra larga.
Con los avances tecnológicos y la aparición de la tecnología de empaque SMD, los lanzamientos de puntos de pantalla LED han podido alcanzar P3.9 o incluso P2.5. Esto permitió que las pantallas LED se instalaran en lugares al aire libre con distancias de visualización cercanas, como conciertos y plazas comunitarias, y algunos incluso comenzaron a usarse en interiores. Cuando el tono DOT de las pantallas LED alcanzó P2.0 o menos, las pantallas LED se volvieron comunes en muchas ubicaciones interiores, como escaleras mecánicas de centros comerciales, entradas de tiendas y salas de exhibición corporativas. La innovación tecnológica continua está impulsando el desarrollo de pantallas LED y su entrada a nuevos campos. Diferentes lanzamientos de puntos traen diferentes escenarios de aplicación, que requieren diferentes tecnologías y resuelven diferentes problemas.
Tecnología de chips LED y sus desarrollos
El principio de la emisión de luz LED es simple. Primero, un chip LED debe tener una unión PN. La región P es principalmente agujeros, mientras que la región N es principalmente electrones. El punto donde se encuentran las regiones P y N se llama la unión PN. En segundo lugar, cuando aumenta el voltaje de sesgo hacia adelante, los portadores en las regiones P y N se dispersan entre sí, lo que hace que los electrones y los agujeros migren. En este punto, los electrones y los agujeros recombinan para generar energía, que se convierte en fotones y emitidos. El color de la luz emitida se determina principalmente por la longitud de onda de la luz, que está determinada por el material de la unión PN.
En el curso del desarrollo de LED, Chip Technology ha sufrido numerosas innovaciones y evoluciones. Inicialmente, debido a las limitaciones de la tecnología de procesos, las uniones PN de los chips LED eran grandes, afectando indirectamente el tamaño de las perlas LED. Con el avance continuo de la tecnología de proceso y la estructura de chips LED, los chips LED se han vuelto cada vez más pequeños, incluso alcanzando tamaños de 100 μm y menos.
Actualmente, hay tres estructuras de chips LED principales. La más común es la estructura boca arriba, seguida de las estructuras verticales y de chips ,. La estructura boca arriba es la estructura de chip más temprana y también se usa comúnmente en pantallas LED. En esta estructura, los electrodos se encuentran en la parte superior, con la siguiente secuencia: P-Gan, múltiples pozos cuánticos, N-Gan y sustrato. La estructura vertical utiliza un sustrato metálico de alta conductividad térmica (como SI, GE y Cu) en lugar de un sustrato de zafiro, mejorando significativamente la eficiencia de la disipación de calor. Los dos electrodos en la estructura vertical se encuentran a cada lado de la capa epitaxial LED. A través del electrodo N, la corriente fluye casi por completo a través de la capa epitaxial LED, minimizando el flujo de corriente lateral y evitando el sobrecalentamiento localizado. De arriba a abajo, la estructura Flip-Chip consiste en un sustrato (típicamente un sustrato de zafiro), N-Gan, múltiples p-gan de pozo cuántico, electrodos (electrodos P y N) y protuberancias. El sustrato se enfrenta hacia arriba, y los dos electrodos están en el mismo lado (mirando hacia abajo). Las protuberancias están directamente conectadas a la base (a veces llamada sustrato, como un sustrato de PCB) hacia abajo, mejorando en gran medida la conductividad térmica del núcleo y proporcionando una mayor eficiencia luminosa.
Tecnología de embalaje LED y su desarrollo
El embalaje es un paso esencial en el desarrollo de pantallas LED. Su función es conectar los cables externos a los electrodos del chip LED, al tiempo que protege el chip y mejorando la eficiencia luminosa. Un buen empaque puede mejorar la eficiencia luminosa y la disipación de calor de las pantallas LED, extendiendo así su vida útil. A lo largo del desarrollo de pantallas LED, las tecnologías de envasado que surgieron en secuencia son DIP (paquete dual en línea), SMD (dispositivo de montaje de superficie), IMD (dispositivo de matriz integrado), COB (chip-on-board) y MIP (microled en paquete).
Las pantallas que utilizan tecnología de embalaje DIP a menudo se denominan pantallas de inserción directa. Las perlas de la lámpara LED se fabrican mediante fabricantes de envases de cuentas de lámparas y luego se insertan en la PCB LED por el módulo LED y los fabricantes de visualización. Luego se realiza la soldadura de olas para crear módulos impermeables al aire libre y al aire libre.
Las pantallas que usan tecnología de empaque SMD a menudo se llaman pantallas de montaje en superficie. Esta técnica de empaque encapsula tres LED RGB dentro de una sola taza para formar un píxel RGB. Las pantallas LED a todo color producidas con tecnología de envasado SMD ofrecen un ángulo de visualización más amplio que las producidas con tecnología de empaque de inmersión, y la superficie puede tratarse para una reflexión de luz difusa, lo que resulta en un efecto mucho menos granulado y un excelente brillo y uniformidad de color.
Las pantallas que usan tecnología de embalaje IMD a menudo se llaman pantallas todo en uno. La tecnología de embalaje IMD encapsula múltiples píxeles RGB dentro de una taza grande, esencialmente cae bajo el paraguas del empaque SMD. Además de aprovechar la tecnología de procesos SMD existente, el empaque IMD permite un tono de píxeles muy pequeño, rompiendo la barrera de empaque SMD existente.
Las pantallas utilizando la tecnología de empaquetado de COB primero soldan el chip LED directamente a la PCB y luego se sella con una capa de adhesivo de resina. El embalaje de COB elimina el proceso SMD de encapsular los chips LED RGB dentro de la taza para formar píxeles individuales, y también elimina la mezcla de LED requeridos con el empaque SMD. Por lo tanto, la tecnología de envasado de COB sufre de mala uniformidad de visualización, que requiere una tecnología de calibración de pantalla LED para abordar esto. Sin embargo, la tecnología de envasado de COB está más cerca de las fuentes de luz de superficie, con cada píxel con un ángulo de salida de luz muy amplio, una excelente protección y la capacidad de lograr un paso de píxeles muy pequeño.
La tecnología de embalaje MIP es en realidad más intermedia entre las tecnologías de empaque SMD y COB. Implica colocar el chip LED en una PCB, luego cortar el PCB en tamaños de píxeles individuales. Esto permite una iluminación mixta similar al empaque SMD, asegurando la uniformidad inherente al tiempo que garantiza la protección.
Tecnología de controlador LED y su desarrollo
Los chips del conductor generalmente se conocen como IC del controlador. Las pantallas LED tempranas fueron principalmente un solo color, utilizando IC del controlador de voltaje constante. En 1997, mi país introdujo el primer IC de controlador dedicado para pantallas LED a todo color, expandiéndose de 16 niveles de escala de grises a 8192. Posteriormente, los controladores de corriente constante se convirtieron en el controlador preferido para pantallas LED a todo color, impulsados por las características únicas de la iluminación LED. Al mismo tiempo, los controladores más integrados de 16 canales reemplazaron a los controladores de 8 canales. A fines de la década de 1990, compañías japonesas como Toshiba y compañías estadounidenses como Allegro y T lanzaron sucesivamente los controladores de conducir con corriente constante de 16 canales. A principios del siglo XXI, las empresas chinas también comenzaron a producir en masa y usar estos IC de controladores. Hoy, para abordar los problemas de cableado de PCB de las pantallas LED de lanzamiento fino, algunos fabricantes de IC de controladores han lanzado IC de controlador de corriente constante de 48 canales altamente integrado.
En la operación de una pantalla LED a todo color, el papel del conductor es recibir datos de visualización (de una tarjeta receptora) que cumple con las especificaciones del protocolo y genere internamente PWM (modulación de ancho de pulso) y variaciones de tiempo actual para generar una corriente PWM relacionada con el brillo y las tasas de refrigeración de la escala gris para iluminar los LED. Los IC del conductor LED se pueden dividir en ICS de uso general y ICS especializados. Los IC de propósito general no están diseñados específicamente para pantallas LED, sino más bien chips que coinciden con algunas de las funciones lógicas de las pantallas LED. Los IC dedicados se diseñan en función de las características emisoras de luz de los LED y están específicamente diseñados para pantallas LED. El siguiente diagrama muestra su arquitectura. Los LED son dispositivos dependientes de la corriente, y su brillo cambia con la corriente. Sin embargo, este cambio actual puede hacer que la longitud de onda del chip de luz LED cambie, lo que conduce indirectamente a la distorsión del color. Una característica clave de los IC dedicados es su capacidad para proporcionar una fuente de corriente constante. Esta fuente de corriente constante garantiza una unidad LED estable, eliminando el parpadeo y la distorsión del color, y es esencial para la calidad de imagen de alta calidad en las pantallas LED.
El enfoque del controlador IC anterior se llama conducción PM (matriz pasiva), también conocida como conducción pasiva o conducción pasiva basada en la ubicación. Con la aparición de micro LED y mini LED, el tono de puntos de las pantallas continúa encogiéndose, aumentando la densidad de los componentes del controlador y complicando el cableado de PCB. Esto impacta mostrar la confiabilidad, impulsar los IC del conductor hacia una mayor integración y, a su vez, un mayor recuento de exploración. Sin embargo, cuanto mayor sea el recuento de escaneo de la conducción de PM, peor será la calidad de la pantalla.
Estoy conduciendo, también conocido como conducción activa o conducción activa basada en la ubicación. Comparación entre la conducción de AM y PM. Desde una perspectiva humana, AM conducir parece sin parpadeo y es más cómodo para la vista. También consume menos poder. Además, estoy conduciendo, debido a su mayor densidad de integración, requiere menos chips.
Tecnología del sistema de control de visualización LED y su desarrollo
Los sistemas de control de visualización LED son clave para lograr una excelente calidad de imagen, y las mejoras de calidad de imagen se logran en gran medida a través del sistema de control. Un sistema de control básico consiste en el software de control (software de computadora host), un controlador (control maestro independiente) y una tarjeta receptor. El software de control configura principalmente varios parámetros de visualización; El controlador realiza principalmente la segmentación de imágenes en la fuente de video; y la tarjeta receptor sale de la fuente de video enviada por el controlador de acuerdo con una secuencia de tiempo específica, iluminando así toda la pantalla.
Historial de desarrollo del controlador
Los sistemas de control, que sirven como el "sistema central" de las pantallas LED, aparecieron inicialmente en forma de tableros, con productos típicos como el MSD300 de Nova Nebula. Más tarde, a medida que evolucionan gradualmente los lanzamientos de píxeles y los escenarios de aplicación, los controladores basados en chasis emergieron gradualmente, con productos típicos como el MCTRL600 de Nova Nebula. Más tarde, a medida que las pantallas LED ingresaron aplicaciones de alquiler en interiores y pequeñas, había una demanda de ajustes de visualización simples, y el factor de forma del controlador evolucionó, agregando capacidades de depuración LCD de panel frontal. Los productos típicos incluyen MCTRL660 de Nova Nebula. A medida que el lanzamiento de píxeles de pantalla continúa reduciéndose, el número de pantallas 4K en el mercado está aumentando. Esto ha aumentado la capacidad de carga de un solo controlador, lo que requiere un controlador capaz de manejar directamente la resolución 4K. En consecuencia, han surgido controladores de 16 puertos, con un ejemplo típico de la Nova Nebula McTrl4k. A medida que la presentación de píxeles de pantalla continúa reduciendo y los escenarios de aplicación se expanden, los requisitos de rendimiento para los controladores también están aumentando. Los controladores con capacidades de procesamiento de video están surgiendo, con productos típicos como el Nova Nebula V700, V900 y V1260. Algunos proyectos también requieren capacidades de empalme de pantalla grande, lo que lleva a la aparición de controladores con capacidades de empalme y procesamiento de video. Los productos típicos incluyen los controladores de empalme de la serie Nova Nebula H2, H5 y H9.
El desarrollo de tarjetas receptores
En el historial de las tarjetas receptores, dado que las pantallas LED se usaron inicialmente al aire libre, para facilitar la instalación y el mantenimiento, la mayoría de las tarjetas receptores presentaban interfaces de cubo incorporadas, como la Nova Nebula DH426. A medida que las pantallas LED transiciones de uso exterior a interior, los requisitos para la calidad de la imagen, el ancho de banda y la estructura se volvieron cada vez más estrictas. Esto condujo a la aparición de tarjetas receptores con interfaces de alta densidad, lo que resultó en tamaños más pequeños, como la serie Nova Nebula Armor. Con la aparición de nuevas tecnologías de píxel y empaque, las pantallas LED se han utilizado cada vez más en aplicaciones de alta gama, como cine en casa, educación y atención médica, lo que establece mayores demandas en los sistemas de control. Estas demandas requieren no solo una calidad de imagen más alta sino también velocidades de cuadros más altas para garantizar una representación mejor y más realista del mundo. Esto requiere tarjetas receptor de mayor ancho de banda, como la tarjeta receptor Nova Nebula CA 50 5 G.
Con el avance de las mini tecnologías LED y micro LED, los requisitos para las pantallas LED se están volviendo cada vez más estrictas, exigiendo no solo una mayor calidad de imagen y un mayor ancho de banda, sino también diseños estructurales más delgados, más ergonómicos y más flexibles. Esto ha requerido el uso de tarjetas de receptor de nivel de chip de control para satisfacer estas demandas del mercado.
