LED дисплей қалай жұмыс істейді? LED дисплей панелі қалай жұмыс істейді?

LED жарық шығарудың ғылыми негізі: Жартылай өткізгіштік физика мен электрлік жарқырау

Жартылай өткізгіш материалдардағы электрлік жарқырау арқылы LED-тердің жарық шығаруы

LED немесе жарық шығаратын диодтар электрлік люминесценция деп аталатын процестің арқасында көрінетін жарық шығарады. Негізінен, электр тогы осы ерекше жартылай өткізгіш материалдар арқылы өткенде, электрондардың бәрін қозғалысқа келтіреді. Кернеу беріңіз және одан әрі не болатынын бақылаңыз. Электрондар p-n өту деп аталатын нәрсенің бойымен қозғала бастайды, бұл екі жартылай өткізгіш қабатының қосылу нүктесінде орналасқан. Бір жағы оған қосымша оң зарядтар беретін затпен өңделген (біз оны p-тип деп атаймыз), ал екінші жағында теріс зарядтар көп (n-тип). Осы электрондар соңында тесіктер деп аталатын осы қуыстармен кездескенде, фотондар деп аталатын жарықтың ұсақ пакеттері ретінде энергия бөледі. Өндірушілер осы бүкіл процесс үшін материалды таңдауға өте көп күш салады. Олар жиі галлий мышьягын немесе индий фосфидін қолданады, себебі бұл материалдар электрлік энергияны жарыққа көне жарықтандыру технологияларына қарағанда әлдеқайда жақсырақ түрлендіреді. Кейбір заманауи LED-тер шынымен де 90% дейінгі ПӘК-ке жетуі мүмкін, бұл оларды энергия үнемдеу тұрғысынан дәстүрлі шамдардан анағұрлым алғы тұрғыза отырады.

LED панельдердің құрылымы мен құрамы: P-N ауысудың және легирлеудің рөлі

Қазіргі заманғы LED дисплейлер жартылай өткізгіштің қабатты құрылымына негізделеді. Типтік диод мыналардан тұрады:

• Эпоксид линза : Диодты қорғай отырып, фотондарды сыртқа бағыттайды
• P-түрлі қабат : Электрондық бос орындар жасау үшін алюминий сияқты элементтермен легирленеді
• N-түрлі қабат : Фосфорлы легирлеу арқылы еркін электрондармен байытылады
• Белсенді аймақ : Онда электрон-тесік рекомбинациясы жүреді

Легирлеу процесі p-n ауысуының бойымен энергиялық градиент тудырады, жоғары тығыздықты панельдерде жарық шығаруды 15–20% жақсартатын микросфера пішінді жартылай өткізгіштер ішкі шағылдыруды азайтады.

Светодиодты дисплей модульдеріндегі энергетикалық зона теориясы мен фотондарды шығару

Фотондардың толқын ұзындығы (және сәйкесінше түсі) жартылай өткізгіштің энергетикалық зона айырмасына — валенттік және өткізгіштік зоналар арасындағы энергия айырмасына — байланысты. Мысалы:

• Қызыл светодиодтар : алюминий-галлий-арсенидті қолданады (1,8–2,0 эВ зона айырмасы)
• Көк светодиодтар : индий-галлий-нитридке негізделеді (3,0–3,4 эВ)

Материалдардың құрамын реттеу арқылы осы зона айырмаларын ыңғайлау арқылы светодиодты модульдер инфрақызылдан ультракүлгінге дейінгі дәл толқын ұзындықтарын шығара алады. Фотондар ағынының тығыздығы токпен тікелей байланысты, бұл импульсті енін реттеу (PWM) арқылы дисплейлерге 16,7 миллион түс шығару мүмкіндігін береді.

LED дисплей панелінің негізгі компоненттері және олардың қызметтері

LED экрандардың негізгі компоненттері: Сканерлеу басқару тақтасы, қуат көзі және беріліс кабельдері

Қазіргі заманғы LED дисплей панельдері тиімді жұмыс істеу үшін үш негізгі ішкі жүйеге сүйенеді:

• Сканерлеу басқару тақталары әрбір циклде қай пикселдердің белсенді екенін анықтай отырып, 4800 Гц-ге дейінгі жаңарту жиілігінде кіріс сигналдарын өңдейді
• Таратылған қуат көздері үлкен дисплейлер бойынша 3% кернеу өзгерісін қамтамасыз ете отырып, айнымалы токты тұрақты токқа (әдетте 5 В±0,2 В) түрлендіреді
• Жоғары сапалы беріліс кабельдері дифференциалдық сигналдау технологиясын қолдана отырып, 100 метр арақашықтықта сигналдың бүтіндігін сақтайды

Бұл компоненттер тірі контентті тарату үшін маңызды болып табылатын 2 мс кідіріс терезесінде пиксель деңгейіндегі жаңартуларды қамтамасыз етеді.

LED дисплей модулінің архитектурасы және драйверлік ИС-пен интеграциясы

Әрбір LED модулі стандартталған торларда (мысалы, 16–16 немесе 32–32 конфигурациялары) орналасқан 32–256 пикселдерді біріктіреді. Бұл модульдерге енгізілген драйверлік ИС-тер:

1. Сандық басқару сигналдарын аналогты ток шығыстарына түрлендіреді
2. RGB диодтары бойынша түс біркелкілігін сақтайды (±0,003 ΔE*ab)
3. Қате пикселдік тізбектерді өткізіп жіберу үшін авариялық протоколдарды енгізеді

Жетілдірілген беттік орнату әдістері драйверлік ИС-терді диодтардан 0,5 мм ішінде орналастырады, бұл ескірген конструкциялармен салыстырғанда сигналдың 67% кемуіне әкеп соғады.

Сыртқы орналасқан LED дисплей панельдеріндегі печаттық платалар мен қорғауыш корпуслардың рөлі

Сыртқы ортаға арналған LED орнатулары талап етеді:

• Көп қабатты алюминийлі PCB –40°C-тан +85°C-қа дейінгі жылулық жүктемелерді өңдеу үшін 2 унциялық мыс қабаттарымен
• Коррозияға төзімді шкафтар теңіз сапасындағы алюминий қорытпасын (5052-H32) пайдалану және IP65 дәрежесіндегі сығылғыш бекітпелер
• Конформалық қаптамалар жарық диодтарының интегралдық схемаларын ылғал мен ауадағы ластағыш заттардан қорғау

Бұл конструкциялық элементтер тікелей күн сәулесі мен жауын-шашын әсерінде 100,000 сағатқа дейін жұмыс істеу мүмкіндігін береді және коммерциялық пайдалануда жыл сайынғы істен шығу деңгейін 0,01% дейін төмендетеді.

Пиксель құрылымы, RGB түс араластыру және толық түсті бейнелер

LED дисплейлердің негізгі құрамы: Қызыл, жасыл және көк диодтардың орналасуы

Бүгінгі LED экрандар микроскопиялық деңгейде қызыл, жасыл және көк диодтардың өте дәл үлгілерін пайдаланып толық түс құрады. Жеке пиксельде әрбір негізгі түс үшін бөлек үш бөлім бар, ал көптеген коммерциялық дисплейлер осы шағын жарық шығаратын элементтердің 4000-10000 аралығын тек бір дюймге (2,54 см) сыйғызады. Өндірушілер осы үш түсті орналастыру әдісі арқылы электрлюминесценция деп білетін жартылай өткізгіш жарқырау әсері арқылы қызыл түс үшін 625 нм, жасыл үшін шамамен 530 нм және көк үшін шамамен 465 нм сияқты өте нақты жарық толқын ұзындықтарын шығара алады.

LED дисплей панельдерінде толық түсті бейнелерді алу үшін RGB түстерін араластыру принциптері

Қосымша түс модельдерін қолданғанда, осы негізгі түстерді әртүрлі интенсивтілікпен араластыру арқылы біз нақты көре алатын шамамен 16,7 миллион әртүрлі түстерді жасауға болады. Әрбір диодтың жарықтығын 0-ден 255-ке дейінгі шкала бойынша өзгерту арқылы қажетті кез келген түсті алу мүмкін болады. Үш түстің де ең жоғары деңгейде (қызыл, жасыл және көк үшін 255) максималды қосылуы таза ақ жарық береді. Егер олардың ешқайсысы мүлдем белсенді болмаса (0,0,0), онда табиғи түрде тек қара түс көреміз. Жақсырақ нәтиже үшін көптеген жүйелер қазір жетілдірілген импульстық енін реттеу технологиясын қолданады. Бұл драйверлер диодтарды секундына 1440 пен 2880 рет арасында өте жылдам қосып-өшіреді. Бұл жоғары жиілік жарықтық деңгейлерін жоғарылатқанда немесе төмендеткенде түстердің тұрақты көрінуіне көмектеседі.

Дәл түс беру үшін субпиксельді басқару және жарықтық тепе-теңдігі

Қазіргі заманғы дисплей контроллерлері әрбір субпиксельден шығатын жарық мөлшерін үнемі реттеу арқылы шамамен ±0,003 дельта-E түс дәлдігіне жетеді. Жүйе жеке LED токтарын шамамен 5-тен 20 миллиамперге дейін басқару арқылы және олардың қашан қосылуы мен өшуін басқару арқылы жұмыс істейді. Бұл экранға көру бұрышына қарамастан ақ нүктені шамамен 6500K тұрақты деңгейде ұстап тұрады. Осындай дәл реттеу арқылы дисплейлер DCI-P3 түс гаммасының шамамен 98%-ына жетеді. Бұл түстер шынайы болуы керек болатын кәсіби бейне жұмыстар үшін дисплейлерді қолдануды мүмкін етеді. Сонымен қатар материалдар әртүрлі жарық жағдайларында жарықты әртүрлі шағылдырған кезде пайда болатын қажетсіз түс сәйкессіздіктерінен құтылуға көмектеседі.

Жарықтылық пен түсті басқару: Импульсті ені модуляциясы (PWM) технологиясы

LED дисплей технологиясында жарықтылықты басқару үшін импульсті ені модуляциясы (PWM)

LED экрандар жарықтылығын PWM технологиясы деп аталатын нәрсе арқылы басқарады. Негізінде, бұл әр секунд сайын мыңдаған рет өте жылдам сөніп-жанып тұратын сол шағын шамдар арқылы жұмыс істейді. Біздің көздеріміз осындай тез өзгерістерді қадағалай алмайтындықтан, оны тұрақты жарық ретінде қабылдайды. Нақты жарықтылық мұндай циклдар кезінде әрбір шам қанша уақыт жанып тұрса, соншалықты уақыт сөніп тұруына байланысты — инженерлер оны «жұмыс істеу циклі» деп атайды. Мысалы, 25% жұмыс циклі дегеніміз — шам тек уақыттың ширегінде жанып тұрады, сондықтан толық қуатпен жұмыс істегенге қарағанда көптеген есе қараңғы болып көрінеді. PWM-нің ерекшелігі — жарықтылық төмендегенде түстер өзгеріссіз қалады, бұл ескі әдістерден өзгеше. Сонымен қатар, зерттеулерге сәйкес, дәстүрлі аналогтық жарықтылық реттеу әдістеріне қарағанда шамамен 40% электр энергиясын үнемдейді.

PWM жиілігін реттеу арқылы кернеуді басқару және градациялық басқару

Инженерлер LED шоғырларына берілетін кернеуді дәл баптау үшін PWM жиіліктерін (100 Гц – 20 кГц аралығы) реттейді. Жоғары жиіліктер 16-биттік сериялық шешімді қамтамасыз етеді, ол түстердің жұмсартылған өтуі үшін 65 536 жарықтық деңгейін шығарады. Алдыңғы қатардағы жүйелер драйверлік ИС-тер арасындағы PWM уақыттандыруын синхрондайды, ол градиенттерде түс жолақтарын тудыратын кернеудің төмендеуін болдырмау үшін тұрақты ток өтуін қамтамасыз етеді.

Жиілігі төмен PWM-нің жыпылықтауды қабылдау мен көру ыңғайына әсері

300 Гц-тен төменгі PWM жиілігін қолданатын дисплейлер 30 минут бойы көргендердің 58%-ында көз шаршауымен байланысты өлшенетін жыпылықтауды көрсетеді. Қазіргі заманғы панельдер стадиондардағы дискомфорт хабарламаларын 81% қысқартатын адамның жыпылықтау біріктіру порогынан жоғары жұмыс істейтін 3 840 Гц PWM жүйелері арқылы мұны болдырмауға тырысады.

LED дисплейлер үшін анықтық, пиксель аралығы және негізгі өнімділік көрсеткіштері

Пиксель аралығы және оның ішкі және сыртқы орналасқан LED дисплей панельдерінің анықтығына әсері

Пиксельдік қашықтық термині негізінен экрандағы кішкентай LED жарықтардың бір-бірінен қанша қашықтықта орналасқанын білдіреді және біз қандай түрдегі анықтықты көреміз және адамдардың оны дұрыс көру үшін қанша қашықтықтан тұруы керек дегенді анықтауда маңызды рөл атқарады. Пиксельдік қадам миллиметрмен өлшенгенде кішірейген сайын пикселдер өздері бір-біріне жақынырақ орналасады, сондықтан адамдар оның дәл жанында тұрғанда кескіндер көбірек нақты көрінеді. Сондықтан кіші қадамды дисплейлер контролл центрлерде немесе дүкен шынысындағы көрсетілімдер сияқты адамдар әдетте жақын тұратын ішкі кеңістіктерде өте жақсы жұмыс істейді. Керісінше, P6-дан бастап P10-ға дейінгі үлкен пиксельдік қадамдар күшті күн сәулесінің әсерінде болса да экран жеткілікті жарық болатындай және уақыт өте жұмысын сақтайтындай етіп жасауға бағытталған. Бұл үлкен қадамды экрандар көбінесе көрерушілер он бес метрден астам қашықтықтан қараған үлкен афишаларда немесе спорт стадионында сыртта орнатылады.

Әртүрлі көру орталарындағы жарықтық стандарттар (Нит)

LED дисплейдің жарықтығы ішкі орталар үшін 800–1,500 ниттен бастап, тікелей күн сәулесімен күресетін сыртқы экрандар үшін 5,000–8,000 нитке дейін жетеді. Ақпараттық дисплейлер қоғамы автобустың күндегі сияқты жартылай сыртқы кеңістіктер үшін көріністілікті және энергияның тиімділігін тепе-теңдікте ұстау үшін 2,000–4,000 нит аралығын ұсынады.

Жоғары жылдамдықты контентте қозғалысты көрсетудегі жаңарту жиілігі мен визуалды тегістік

3,840 Гц-тен жоғары жаңарту жиілігі тез қозғалыстағы спорттық трансляцияларда немесе ойын контентінде қозғалыс бұрмалауын жояды және өтпелердің тегіс болуын қамтамасыз етеді. Төменгі жаңарту жиілігі (<1,920 Гц) камера панорамасы кезінде көзге көрінетін жыпылықтауға әкеп соғуы мүмкін, көрушілердің ыңғайлылығын төмендетеді.

Бағыт: Мини-LED және Микро-LED технологияларының дамуы нәтижесінде пикселдер арасындағы қашықтықтың нақтылауы

Микро-LED технологиясы микроскопиялық LED чиптерін (≤100 мкм) тікелей драйверлік ИС-ке интеграциялау арқылы P1.0-ден төменгі пиксельдік қадамдарды қолдайды. Бұл инновацияция SMD LED-пен салыстырғанда қуатты 35% азайтса, 100 дюймнен кіші LED дисплейлерде 4K сапасын қамтамасыз етеді.

Жиі қойылатын сұрақтар

LED-тегі электрлік жарық шығару деген не?

Сәуле шығару диодтарының жануы – бұл электр тогы жартылай өткізгіш материалдар арқылы өткен кезде электрондардың қозғалысқа келіп, фотондар түрінде жарық шығару процесі.

LED-тегі p-n өтуінің рөлі қандай?

P-n өтуі – оң (p-типі) және теріс (n-типі) жартылай өткізгіш қабаттарының жанасқан жері. Электрондар осы өтуден өтіп, тесіктермен қосылады және жарық шығарады.

LED дисплейлер әртүрлі түстерді қалай шығарады?

LED дисплейлер қызыл, жасыл және көк диодтардың жарықтығын реттеу арқылы RGB түс араластыру принципін қолданады және кең түс спектрін береді.

PWM деген не және ол LED дисплейдің жарықтығына қалай әсер етеді?

PWM немесе импульсті ені модуляциясы LED-тің жарықтығын оны тез қосып-өшіру арқылы басқарады. Бұл түстің дәлдігін сақтайды және энергия тұтынуды азайтады.

Пиксел аралығы деген не және неге ол маңызды?

Пиксельдің қадамы екі көршілес пиксельдің ортасы арасындағы қашықтықты білдіреді. Төмен пиксель қадамы жақыннан қарағанда кескіннің нақтылығын және анықтығын арттырады.