Как изготавливаются светодиодные дисплеи: объяснение производственного процесса и технологии

Что такое цифровой светодиодный дисплей? Основное определение и преимущество самосвечающихся экранов

Цифровой светодиодный дисплей против LCD/OLED: основы архитектуры и генерации света

Цифровые светодиодные экраны работают иначе, чем большинство других технологий дисплеев, потому что каждый крошечный пиксель самостоятельно излучает свет через небольшие полупроводниковые компоненты. Традиционным ЖК-панелям требуются специальные слои жидкого кристалла, а также отдельная светодиодная подсветка сзади для управления тем, что мы видим. Технология OLED также генерирует свет самостоятельно, но использует органические материалы вместо неорганических веществ, применяемых в стандартных светодиодах, таких как нитрид индия-галлия или фосфид алюминия-индия-галлия. Особенности конструкции этих светодиодных дисплеев обеспечивают им значительные преимущества. Они могут достигать невероятного уровня яркости около 10 000 нит для наружного применения, сохранять хорошую видимость даже при просмотре под экстремальными углами более 160 градусов и в целом сохранять стабильность яркости со временем, не выцветая так быстро, как другие варианты.

Принцип самосвечения: как RGB-светодиодные пиксели излучают свет без подсветки или фильтров

Субпиксель RGB работает как отдельная маленькая лампочка. Волшебство происходит, когда электричество проходит через специальную область перехода диода. Там электроны соединяются с дырками и создают световые частицы, называемые фотонами, посредством явления, известного как электролюминесценция. Что делает эту конструкцию такой отличной? Не нужны дополнительные компоненты, такие как подсветка, поляризаторы или цветные фильтры, которые требуются для других дисплеев. Это означает, что дисплей может управлять каждым пикселем отдельно. Мы получаем более глубокие уровни чёрного, поскольку пиксели могут полностью отключаться. Цвета остаются точными, так как никакие фильтры не искажают их. В результате качество изображения в целом намного лучше по сравнению с традиционными технологиями экранов.

Процесс производства светодиодных дисплеев: от полупроводникового слитка до интегрированного модуля

Изготовление светодиодных чипов: эпитаксиальный рост, обработка пластины и сортировка кристаллов

Производственный процесс начинается с так называемого эпитаксиального роста методом металлоорганического осаждения из паровой фазы (MOCVD). Этот процесс происходит на подложках из сапфира или карбида кремния и позволяет создавать кристаллические слои, от которых зависит, будем ли мы получать красный свет от материалов AlInGaP, зеленые оттенки или характерное синее излучение соединений InGaN. Далее следует фотолитография в сочетании с плазменным травлением для формирования микронных по размеру схематических узоров. Затем следует этап легирования, который способствует повышению эффективности рекомбинации носителей в материале. После того как пластины разрезаются на отдельные элементы, автоматизированные системы проверяют каждый отдельный чип micro-LED на соответствие уровня яркости и согласованности длины волны. Лишь те чипы, которые попадают в строгие пределы цветовой допускаемости ±2 нм, проходят контроль качества. Эта сортировка имеет решающее значение, поскольку даже один чип с отклонением по цвету может вызвать заметные несоответствия при сборке компонентов в более крупные дисплейные модули.

Упаковка и сборка: доминирование SMD, тепловой дизайн и автоматическая калибровка

SMD-упаковка продолжает доминировать на рынке благодаря высокой масштабируемости производства и эффективному решению проблем с теплоотводом. Современное производство использует высокоточные автоматы для позиционирования, способные с микронной точностью устанавливать светодиодные кристаллы на керамические или FR4-материалы. Для стабильной работы производители часто применяют печатные платы с алюминиевым сердечником в сочетании со специальными термопрокладками, которые помогают контролировать рабочую температуру, желательно поддерживая её ниже 85 градусов Цельсия — это крайне важно для сохранения светового потока со временем. После завершения сборки следует дополнительный этап, на котором автоматизированные системы проверяют цветовые характеристики каждого отдельного светодиода и в реальном времени корректируют протекающий через него ток. Это обеспечивает цветовую согласованность всех устройств, чтобы у потребителей не возникало заметных различий в яркости или оттенке между соседними светодиодами.

Интеграция шкафа: строительная механика, распределение электроэнергии и герметизация с классом защиты IP

Модули помещаются во специально разработанные алюминиевые шкафы, которые отличаются повышенной прочностью и способны выдерживать любые капризы природы. Мы проводим анализ этих каркасов с помощью программного обеспечения метода конечных элементов, чтобы проверить их устойчивость при сильных ветрах, включая порывы со скоростью до 150 километров в час. Энергосистемы оснащены резервными компонентами, что обеспечивает почти полное отсутствие колебаний уровня напряжения в крупных установках. При размещении на открытом воздухе эти шкафы имеют степень защиты IP65 благодаря специальным уплотнениям из компрессионных прокладок и материалов, отталкивающих воду. Такое сочетание предотвращает проникновение пыли и защищает от попадания воды даже во время сильных дождей. Перед отправкой каждый шкаф проходит строгие испытания в условиях, имитирующих экстремальные окружающие среды. Их подвергают перепадам температур от минус 30 градусов Цельсия до плюс 60 градусов, а также полностью погружают под воду на целые сутки. Эти испытания помогают обеспечить надежную работу оборудования как в гигантских спортивных аренах, оживлённых транспортных узлах, так и в любых других местах, где техника должна безупречно функционировать даже в сложных условиях.

Архитектура пикселей светодиодного дисплея и цветовая наука

Макет субпикселей RGB: геометрия с прямым излучением, последствия шага пикселей и оптимизация угла обзора

Пиксели состоят из отдельных красных, зеленых и синих диодов, которые располагаются определённым образом, обычно в виде шестиугольников, чтобы обеспечить лучшее смешивание света и уменьшить неприятные цветовые сдвиги при просмотре под углом. Расстояние между пикселями, называемое шагом пикселя (pixel pitch) и измеряемое в миллиметрах, существенно влияет на чёткость изображения и минимальное расстояние, с которого изображение выглядит ясным. Обратите внимание на эти цифры: дисплеи с индексом P1.2 содержат около 694 тысяч пикселей на квадратный метр, тогда как модели P4.8 имеют всего около 44 тысяч. Когда производители группируют пиксели в шестиугольные структуры вместо квадратных, цвета остаются стабильными даже при взгляде не под прямым углом. Это особенно эффективно для зрителей, сидящих по бокам помещения или в дальнем ряду VIP-лож. Лучшая часть? Не требуется дополнительных слоёв или специальных плёнок для коррекции цветовых проблем.

Цветовая точность explained: Полупроводниковые материалы (InGaN, AlInGaP), охват цветового охвата и стабильность точки белого

Секрет точных цветов кроется глубоко в материаловедении. Для синих и зелёных оттенков производители используют слои индия-галлия-нитрида (InGaN), а красный цвет получают из алюминий-индий-галлий-фосфида (AlInGaP). Эти материалы были выбраны специально, потому что они обеспечивают точный контроль над длинами волн света и сохраняют чистый, насыщенный цветовой охват. При правильном применении высококачественных эпитаксиальных технологий дисплеи могут достичь впечатляющего уровня цветопередачи — от 90 до 110 процентов по шкале NTSC. Это примерно на 40 процентов лучше, чем у большинства стандартных ЖК-экранов. Заводы компенсируют естественные неоднородности материалов с помощью тщательных процессов калибровки. Они проверяют, насколько точки белого отклоняются от эталонной точки D65, и затем индивидуально регулируют ток каждого диода. Это позволяет поддерживать цветовые погрешности ниже ΔE<3 по всему спектру яркости, достигающему до 10 000 нит. Даже при воздействии яркого окружающего освещения эти дисплеи сохраняют целостность цветопередачи.

Ключевые показатели эффективности, определяющие качество светодиодных дисплеев

Шаг пикселя, разрешение и расстояние просмотра: практические рекомендации по выбору светодиодных дисплеев для помещений и улицы

Размер пикселей на экране играет важную роль в четкости изображения и определяет, какая конфигурация подойдет лучше всего. Когда речь идет о небольших шагах пикселя, менее 2,5 мм, они отлично подходят для внутренних помещений, где люди находятся близко, например, в диспетчерских или при установке видеостен в магазинах. Эти экраны хорошо работают, когда зрители находятся на расстоянии от одного до десяти метров. В свою очередь, более крупные шаги пикселей в диапазоне от P4 до P10 ориентированы на яркость, долговечность и доступность для наружной рекламы или дисплеев на стадионах, где зрители наблюдают за изображением с большого расстояния — зачастую более 100 метров. Существует простой способ это запомнить: умножьте значение шага пикселя в миллиметрах на 1000, чтобы получить минимальное расстояние в миллиметрах, с которого человек не будет видеть отдельные пиксели. Например, на дисплее P3 никто не хочет видеть отдельные квадраты, если находится ближе трех метров. Для внутренних установок обычно требуется разрешение выше 1920x1080, чтобы текст оставался читаемым. Что касается наружных экранов, им необходимо иметь яркость выше 5000 нит и хорошие коэффициенты контрастности, чтобы противостоять дневному свету и другим источникам окружающего освещения.

Частота обновления, глубина градаций серого и управление ШИМ: обеспечение отсутствия мерцания при движении и видео телевизионного качества

Частота обновления, измеряемая в герцах (Гц), определяет, насколько чётко движущиеся изображения отображаются на экране. Дисплеи с частотой ниже 1920 Гц склонны показывать размытие при просмотре динамичных сцен, тогда как профессиональные установки требуют как минимум 3840 Гц для корректного воспроизведения трансляций спортивных событий или работы в студии без визуальных артефактов. Что касается глубины градаций серого, то этот параметр указывает на количество оттенков между чёрным и белым, которые может воспроизводить дисплей. Система с разрядностью 14 бит обеспечивает около 16 тысяч различных уровней интенсивности в каждом цветовом канале, что исключает видимые полосы при плавных переходах от тёмных к светлым участкам изображения. Модуляция ширины импульса (ШИМ), известная также как PWM, работает за счёт быстрого включения и выключения светодиодов для регулировки уровня яркости. Если частота слишком низкая, например ниже 1000 Гц, пользователи могут заметить мерцание, вызывающее дискомфорт при длительной работе. Однако когда производители используют частоты выше 3000 Гц, достигается более плавное затемнение и лучшая поддержка контента HDR. Это особенно важно в тех областях, где качество изображения имеет решающее значение, например, в телевизионных вещательных центрах или больницах, где врачи зависят от точной визуальной информации при постановке диагнозов.

Раздел часто задаваемых вопросов

Что такое шаг пикселей и почему это важно?

Шаг пикселей — это расстояние между пикселями на цифровом светодиодном дисплее, измеряемое в миллиметрах. Он влияет на резкость изображения и требуемое расстояние просмотра, чтобы избежать видимости отдельных пикселей. Меньший шаг пикселей подходит для внутренних помещений, где зрители находятся близко, а больший шаг идеален для наружной рекламы, где расстояние просмотра больше.

Чем технология LED отличается от LCD и OLED?

Технология LED предполагает использование самосветодиодных пикселей, которые генерируют свет посредством полупроводниковых компонентов, в отличие от экранов LCD, которым требуется подсветка, и экранов OLED, использующих органические материалы. Это даёт светодиодным экранам преимущества, такие как более высокая яркость и лучшая цветопередача без дополнительных фильтров.

Каковы ключевые показатели производительности светодиодных дисплеев?

Важные показатели производительности светодиодных дисплеев включают шаг пикселей, разрешение, частоту обновления, глубину градаций серого и управление ШИМ. Эти факторы определяют четкость, яркость, цветопередачу и способность плавно отображать динамические сцены.