كيف يتم تصنيع شاشة LED؟ كيف تعمل لوحة عرض LED؟

تصنيع شاشات العرض LED: من الركيزة إلى اللوحة الجاهزة

تحضير ركيزة لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) ودمج الدوائر

تبدأ التصنيعات من صميم الأشياء مع لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs). أولاً تأتي مرحلة تحضير الركيزة، حيث يتم نقش الرقائق المغطاة بالنحاس بدقة عالية لإنشاء جميع المسارات الموصلة التي نحتاجها. وتقوم عملية التصوير الضوئي (Photolithography) بمعظم العمل الشاق هنا، حيث تُعرَّف الأنماط الدقيقة للدوائر حتى مستوى المايكرون، وهو ما يُعد أمرًا مهمًا جدًا للحفاظ على قوة الإشارات وإدارة الحرارة في وحدات الصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LED) المدمجة. بعد ذلك يتم تطبيق طبقة عازلة للحام فوق المسارات النحاسية لمنع أكسدتها، بالإضافة إلى الطباعة الحريرية التي تساعد العاملين على معرفة المواضع الدقيقة للمكونات أثناء تركيب كل شيء. ثم تأتي الدوائر المتكاملة (ICs) والموصلات التي يتم تركيبها باستخدام تقنية التركيب السطحي (SMT). ويتم إنشاء اتصالات كهربائية قوية عبر عملية لحام إعادة الانصهار (Reflow Soldering). تشير إحصائيات القطاع إلى أمر بالغ الأهمية أيضًا: فحوالي 38% من شاشات العرض LED تفشل خلال مراحل عمرها المبكرة بسبب مشكلات تتعلق باللوحة نفسها وفقًا لتقرير تصنيع الإلكترونيات لعام 2023. هذا الرقم يبرز حقًا أهمية تنفيذ هذه الطبقة الأساسية بشكل دقيق لأي منتج ناجح.

تركيب مصابيح LED من نوع SMD، وربط الأسلاك، والتعبئة الوقائية

تُوضع مصابيح LED من نوع (SMD) على لوحات الدوائر المطبوعة المحضّرة باستخدام آلات وضع عالية السرعة تحقق دقة تثبيت بنسبة 98.5%. ثم يتم إنشاء اتصالات كهربائية موثوقة بين رقائق مصابيح LED وألواح الدائرة عن طريق ربط أسلاك ذهبية، حيث تتجاوز قوة الربط 8 غرام-قوة لتحمل التغيرات الحرارية. ويأتي الحماية بعد ذلك من خلال استراتيجية تغليف ثلاثية المستويات:

• الصق على اللوحة (AOB) يُغلق المكونات ضد دخول الرطوبة
• طلاء مقاوم للمطابقة يوفر مقاومة كيميائية للشاشات المصنفة للاستخدام الخارجي
• التغليف السيليكوني يملأ تجاويف مصابيح LED لمنع تلف البكسل الميكانيكي

يتيح هذا الحماية المتكاملة للشاشات التي تحمل تصنيف IP65 العمل بشكل موثوق عبر مدى حراري يتراوح بين -30°م إلى 60°م، مع دعم عمر افتراضي يتجاوز 100,000 ساعة. كما يقوم الفحص البصري الآلي (AOI) بالتحقق من جودة الربط بدقة كشف عيوب تصل إلى 99.2%.

معايرة الوحدة، وتجميع الخزانة، وضمان الجودة

يتم معايرة كل وحدة من وحدات الصمام الثنائي الباعث للضوء بدقة باستخدام أجهزة قياس معتمدة لضمان التماسك البصري عبر نظام العرض بالكامل. وتشمل المعلمات الرئيسية تجانس اللون (∐E < 2.0)، وتجانس السطوع (±5%)، ومحاذاة تصحيح جاما.

تُركَّب الوحدات المعتمدة في خزائن باستخدام هياكل من الألومنيوم المصنوع وفق مواصفات الطيران، ومصممة لتتحمل أحمال الرياح بسرعة 50 ميلاً في الساعة. وتشمل ضمان الجودة النهائي اختبار التشغيل المستمر لمدة 72 ساعة، والدورة الحرارية (-40°م إلى 85°م)، ومسح العيوب على مستوى البكسل. ويتم التحقق من صحة إرسال الإشارة عبر جميع واجهات الدعم، بما في ذلك HDMI وSDI وبروتوكولات الشبكة، قبل التصديق.

وظيفة شاشة الصمام الثنائي الباعث للضوء: بنية البكسل والتحكم في RGB

هيكل البكسل الفردي: تخطيط دون بكسلات RGB وتأثير المسافة بين البكسلات

يتكون بكسل شاشة العرض LED من ثلاثة دون بكسلات صغيرة حمراء وخضراء وزرقاء (RGB) مرتبة في أنماط هندسية مختلفة مثل الشرائط أو الدلتا أو المصفوفات، وذلك اعتمادًا على خيارات التصميم الخاصة بالشركة المصنعة. وعندما تعمل هذه البكسلات الفرعية معًا من خلال المزج اللوني الجمعي، يمكنها إنتاج أكثر من 16 مليون لون مختلف. وإذا تم تشغيل الثلاثة بكسلات الفرعية معًا عند أقصى سطوع، فإنها تُنتج ما نراه كضوء أبيض نقي. ويُشير مصطلح 'المسافة بين البكسلات' (Pitch) إلى المسافة بين مراكز البكسلات المجاورة بعضها البعض. ويؤثر هذا القياس مباشرةً على كثافة الدقة وعلى المسافة التي يمكن للشخص أن يقف فيها ليشاهد الشاشة بوضوح. فعلى سبيل المثال، تحتوي شاشة ذات مسافة بين بكسلات قدرها 1.5 مم على نحو 440,000 بكسل في المتر المربع الواحد فقط، مما يجعل الصور تبدو واضحة جدًا حتى عند النظر إليها عن قرب، وفقًا لدراسة نُشرت بواسطة معهد Ponemon العام الماضي. وتضحّي الشاشات ذات المسافات الأكبر بين البكسلات (أكثر من 4 مم) ببعض الدقة، لكنها تحقق مزايا من حيث انخفاض التكلفة وأداء سطوع أفضل، ما يجعلها شائعة الاستخدام في القاعات الكبيرة حيث يميل المشاهدون إلى المشاهدة من مسافات بعيدة. ولتحقيق أفضل النتائج، يُكرس المصنعون وقتًا طويلاً لضبط ترتيب البكسلات الفرعية وتحسين عوامل التعبئة الخاصة بها. ويساعد ذلك في تعزيز مستويات التباين، وتقليل البقع الداكنة المزعجة بين البكسلات، والحفاظ على ثبات الألوان عبر كامل مساحة الشاشة.

معالجة الإشارات وتقديم الصور في أنظمة العرض LED

تدفق البيانات من الطرف إلى الطرف: إدخال الفيديو إلى تحويل إشارة دائرة السائق المتكاملة

عندما تدخل إشارة الفيديو إلى النظام من خلال مشغّلات الوسائط أو وحدات معالجة الفيديو، تقوم هذه المكونات بتعديل الإشارة وإعدادها بحيث تكون متوافقة مع ما يمكن للوحة العرض التعامل معه بشكل أصلي. ثم تقوم الأنظمة التحكمية بتنسيق عمل جميع هذه الوحدات معًا ضمن جدول زمني واحد قبل إرسال المعلومات عبر كابلات عالية السرعة إلى الدوائر المتكاملة للقيادة. ما يحدث بعد ذلك مذهل فعليًا؛ فهذه الرقاقات الصغيرة تحول الأوامر الرقمية إلى نبضات كهربائية دقيقة التوقيت تتطابق تمامًا مع كل بكسل فرعي على الشاشة. تبدأ معظم الشاشات بمعدل تحديث حوالي 60 هرتز، ولكن بعض الموديلات العليا يمكن أن تصل إلى 3840 هرتز. يُكسب هذا النوع من الإعداد الصور المتحركة مظهرًا سلسًا وواضحًا، ويُزيل مشكلات تمزق الشاشة المزعجة، ويسمح باستجابات عرض فورية لا يلاحظ معظم الناس تأخرها.

التحكم في السطوع باستخدام تعديل عرض النبضة، ومزامنة معدل التحديث، وتقليل الوميض

تُدير دوائر تشغيل الصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LED) مستويات السطوع من خلال ما يُعرف بتعديل عرض النبضة أو PWM باختصار. وبشكل أساسي، تقوم هذه الدوائر بتشغيل وإيقاف التيار بشكل سريع جدًا، مما يُعدّل من شدة الإضاءة دون التأثير على الألوان. كما أن التردد هنا مرتفع جدًا ويصل إلى حوالي 3840 هرتز، وبالتالي لا يحدث أي وميض مزعج قد يظهر عند التصوير بكاميرات سريعة أو في الأماكن التي تتطلب إضاءة دقيقة. وتعمل جميع الوحدات معًا بشكل متزامن للحفاظ على صور ناعمة ومستمرة. كما توجد أيضًا خوارزميات ذكية مدمجة تقوم تلقائيًا بالضبط بناءً على ظروف الإضاءة المحيطة. ما المغزى من كل هذا؟ أن الأنظمة تستهلك طاقة أقل بنسبة 23٪ تقريبًا بشكل عام وتتمتع بعمر أطول لأن الصمامات الثنائية الباعثة للضوء والمكونات الإلكترونية الداعمة لا تسخن كثيرًا مع مرور الوقت.

الأسئلة الشائعة

ما الذي يتسبب في فشل الشاشات ذات الصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LED) مبكرًا؟

وفقًا للإحصائيات الصناعية، فإن حوالي 38٪ من حالات الفشل المبكر للشاشات ذات الصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LED) تعود إلى مشكلات في طبقة لوحة الدوائر المطبوعة (PCB).

كيف تُحمى شاشات الصمام الثنائي الباعث للضوء من العوامل البيئية؟

تشمل الحماية استخدام لاصق على اللوحة، وطبقة عازلة مقاومة كيميائيًا، وتحصين سيليكوني لمنع التلف الميكانيكي، مما يمكن الشاشات ذات التصنيف IP65 من تحمل الظروف القاسية.

ما هو المدى البيكسل ولماذا يهم؟

يشير مسافة البكسل إلى المسافة بين مراكز البكسلات المجاورة، وهو ما يؤثر على كثافة الدقة والمسافة المثالية للعرض.

كيف تُظهر شاشات الصمام الثنائي الباعث للضوء صورًا ناعمة؟

إنها تستخدم دوائر تشغيل متكاملة، ومعدلات تحديث عالية، والتحكم في السطوع باستخدام تعديل عرض النبضة (PWM) لعرض صور ناعمة دون حدوث وميض أو تمزق.