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品质的LED也需要一个良好的使用方法和环境,归结起来有如下八大使用要点:
1、 防静电
显示屏装配工厂应有良好的防静电措施。防静电地、防静电地板、防静电烙铁、防静电台垫、防静电环、防静电衣、湿度控制、设备接地(尤其切脚机)等都是基本要求,并且要用静电仪定期检测。
2、 过波峰焊温度及时间
须严格控制好波锋焊的温度及过炉时间,建议为:预热温度100℃±5℃,zui高不超过120℃,且预热温度上升要求平稳,焊接温度为245℃±5℃,焊接时间建议不超过3秒,过炉后切忌振动或冲击LED,直到恢复常温状态。波峰焊机的温度参数要定期检测,这是由LED的特性决定的,过热或波动的温度会直接损坏LED或造成LED质量隐患,尤其对于小尺寸如3mm的圆形和椭圆形LED。
3、 设计电流值
LED的标称电流为20mA,一般建议其zui大使用电流为不超过标称值的80%,尤其对于点间距很小的显示屏,由于散热条件不佳,还应降低电流值。
根据经验,由于红、绿、蓝LED衰减速度的不*性,有针对性地降低蓝、绿LED的电流值,以保持显示屏长时间使用后白平衡的*性。
4、 混灯
同一种颜色不同亮度档的LED需要混灯,或者按照离散规律设计的插灯图进行插灯,以保证整屏每种颜色亮度的*性。此工序如果出现问题,会出现显示屏局部亮度不*的现象,直接影响LED显示屏的显示效果。
LED显示屏灯珠制作车间
LED显示屏模组生产车间
LED显示屏箱体组装
5、 控制好灯的垂直度
对于直插式LED来说,过炉时要有足够的工艺技术保证LED垂直于PCB板。任何的偏差都会影响已经设置好的LED亮度*性,出现亮度不*的色块。
6、 散热设计
LED工作时会发热,温度过高会影响LED的衰减速度和稳定性,故PCB板的散热设计、箱体的通风散热设计都会影响LED的表现。
7、 虚焊控制
LED显示屏在出现LED不亮时,往往有超过50%概率为各种类型的虚焊引起的,如LED管脚虚焊、IC管脚虚焊、排针排母虚焊等。这些问题的改善需要严格地改善工艺并加强质量检验来解决。出厂前的振动测试也不失为一种好的检验方法。
8、 驱动电路设计
公司四个坚持:
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显示屏模块上的驱动电路板驱动IC的排布亦会影响到LED的亮度。由于驱动IC输出电流在PCB板上传输距离过远,会使得传输路径压降过大,影响LED的正常工作电压导致其亮度降低。我们常会发现显示屏模块四周的LED亮度比中间低一些,就是这个原因。故要保证显示屏亮度的*性,就要设计好驱动电路分布图。
一块全彩LED显示屏的好坏主要可以从以下几个方面来鉴定:
1平整度LED显示幕的表面平整度要在±1mm以内,以保证显示图像不发生扭曲,局部凸起或凹进会导致显示屏的可视角度出现死角。平整度的好坏主要由生产工艺决定。
2、亮度及可视角度室内全彩屏的亮度要在800cd/m2以上,室外全彩屏的亮度要在1500cd/m2以上,才能保证显示屏的正常工作,否则会因为亮度太低而看不清所显示的图像。亮度的大小主要由LED管芯的好坏决定。
可视角度的大小直接决定的显示屏受众的多少,故而越大越好。可视角度的大小主要由管芯的封装方式来决定。
3、白平衡效果白平衡效果是显示屏zui重要的指标之一。色彩学上当红绿蓝三原色的比例为1:4.6:0.16时才会显示出纯正的白色,如果实际比例有一点偏差则会出现白平衡的偏差,一般要注意白色是否有偏蓝色,偏黄绿色现象。白平衡的好坏主要由显示幕的控制系统来决定,管芯对色彩的还原性也有影响。
4、色彩的还原性色彩的还原性是指显示幕对色彩的还原性,既显示幕显示的色彩要与播放源的色彩保持高度*,这样才能保证图像的真实感。
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5、有无马赛克、死点现象马赛克是指显示屏上出现的常亮或常黑的小四方块,既模组坏死现象,其主要原因为显示屏所采用的接外挂程式品质不过关。
死点是指LED显示屏上出现的常亮或常黑的单个点,死点的多少主要由管芯的好坏来决定。
一、LED显示屏维修的检测方法
1、短路检测法,将万用表调到短路检测挡(一般具有报警功能,如导通则发出鸣叫声),检测是否有短路的现象出现,发现短路后应马上解决,短路现象也是zui常见的LED显示屏模块故障。有的通过观察IC引脚和排针引脚就能发现。短路检测应在电路断电的情况下操作,避免损坏万用表。这个方法是zui常用到的方法,简单、高效。90%的故障都可以通过这个方法检测判断。
2、电阻检测法,将万用表调到电阻档,检测一块正常的电路板的某点的到地电阻值,再检测另一块相同的电路板的同一个点测试与正常的电阻值是否有不同,若不同则就确定了问题的范围。
3、电压检测法,将万用表调到电压档,检测怀疑有问题的电路的某个点的到地电压,比较是否与正常值相似,可以方便的确定问题的范围。
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4、压降检测法,将万用表调到二极管压降检测档,因为所有的IC都是由基本的众多单元件组成,只是小型化了,所以在当它的某引脚上有电流通过时,就会在引脚上存在电压降。一般同一型号的IC相同引脚上的压降相似,根据引脚上的压降值比较好坏,须在电路断电的情况下操作。
二、LED显示屏维修*工具
1、电烙铁+吸枪各1个,焊锡若干
2、5V稳压电源1个,给接收卡和维修的模组或者单元板供电
3、电批1个,用于快速拆卸模组或者单元板
4、电脑+发送卡,用于给接收卡发送程序
5、接收卡+HUB板,用于观测模组或者单元板故障现象
6、万用表一个,用于检测模组或者单元板具体故障
7、镊子、剪刀、剪钳各1把
三、LED显示屏维修基本步骤
1、确定模组或者单元板使用的HUB板类型,这样排线的接口定义才能一样
2、根据不同型号的模组或者单元板,给接收卡发送相应的程序,确保模组和单元板在正确的程序下显示,这是找出故障原因的前提。一般PCB板上都会印有该模组或者单元板的型号。
3、观测模组或者单元板现象,确定初步故障。例如常见的瞎灯,串点,小方块等。
4、使用万用表找出故障,主要是利用上面的短路检测法,对芯片和灯脚之间进行检测。
5、再次检测
防城港圆弧形楼顶外墙上p10LED广告电子屏幕的市场需求呈现迅速上升的势头,春节刚过,大项目就开始招标。四五月份,虽然遭受非典的影响,但只是使实施计划推迟,而不是项目被撤销。非典过后,形成许多项目加紧实施的局面。各主要LED大屏厂家的签约金额与去年同期相比增长20%,有的甚至较去年几乎翻了一番。还有许多新进入全彩大屏领域的公司,成绩也很优异。与往年比较,今年市场萌动得早,大项目多,已经实施的千万元以上的项目就有十几个。进入三季度,许多重大项目进入招投标阶段。另一个特点就是由企业投资的项目明显增加,这些项目包括在商业广告方面的应用。可以说,LED大屏作为商业广告媒体,在沉寂了近十年以后,再一次受到广告界的青睐。同时,全彩屏出口的形势也令人鼓舞。九月初,在深圳举办了一年一度的光博会,这次展会,是一年来LED产业的大展示。LED大屏,LED照明,LED交通信号灯,LED生产设备、测试设备等琳琅满目,说明我国LED产业的新高潮已经到来。笔者认为,本次展会是一个标志,标志我国LED产业走到了一个国产化的转折点。的LED发光管厂家,屏幕厂家,也开始大规模地转到中国内地,中国内地将成为LED及其产品的制造中心。广阔的市场、良好的投资环境、低廉的劳动力成本,使得中国逐渐成为世界电子工业的制造中心。正如电脑,手机,电视机等电子产品一样,中国也是LED大屏业的制造中心。
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研发的科技工作者,笔者一直关注我国LED大屏事业的发展,关注大屏显示业的新成果。三年前,笔者在《LED大屏发展刍议》一文中,谈到我国LED大屏的几个应用领域和特点,并提出全彩大屏在我国主要是形象工程。应当说这个总格局没有变化,但是商业广告的需求增加也是非常重要的发展趋势。可以说,我国LED全彩色大屏行业正在迎来一个新的高潮。认真地研究市场发展和技术进步的新情况,采取正确的对策,抓住机遇,迅速提高并持续发展,应是同行值得研究的问题。在这里冒昧地提出有关技术指标等问题,希望同行和专家指正。
1形象工程:瞄准*水平
形象工程就是指建造大屏的主要目的是为城市或某一个重大活动增添风采,它并不直接创造经济收益,但是能提升城市度,塑造城市形象,改善投资环境,营造商业氛围,有利于经济的发展,有良好的社会效益,从而间接地创造经济效益。形象工程主要是政府投资,着重于社会效益,而不是或主要不是通过商业运营取得经济效益。近年在全国许多地方建造的城市中心区大型广场或市民休闲广场的LED大屏,就是典型的形象工程。大量的体育场馆LED显示屏,是现代化体育场馆*的配套设施,也属这一类。
既是形象工程,就必然追求尽可能*的性能和效果,特别是优质的视频图像。通俗地说就是要做成巨型彩色电视机,这也是国内许多厂商*以来一直在努力的,而且也取得了相当大的进展,但是距离我们的理想的目标还很远,与国外的全彩大屏相比,差距还很大。
今年年初,南京市湖南路商业一条街,投巨资建造了一座面积达114平方米的全彩大屏,该屏由英国UNITEK公司建造,至今已运行半年多,从效果来看,堪称目前国内的大屏。笔者参与了该屏技术指标的制定和zui终的验收测试工作,感到有许多方面是值得国内同行学习和仿效的。
作为全彩大屏,其关键技术指标有:足够高的亮度、观看距离及视角;良好的色还原度;足够高的灰度能力;足够高的扫描刷新速率。足够高的视频信号处理能力,特别是,*性要好,结构工艺等也要下大功夫。湖南路大屏在招标时所定的技术指标是:
白平衡亮度大于5000cd/m2;
白平衡色温6500K;
视频处理位数大于10bit;
灰度级每种基色大于10bit, 能显示10.7亿色;
刷新频率大于400Hz;
显示屏无可觉察的色差,全屏各基色色差小于4nm;
显示屏无可觉察的亮度差,相邻象素亮度差小于5%,显示红、绿、蓝单色灰度画面时,没有可觉察的马赛克现象;
MTBF大于5000小时,MTTR小于30分钟;
客观地说,这些指标,不仅在当时,就是在今天,国内厂商的产品还没有*达到。在许多情况下,由于发光管水平的提高,正常设计的大屏亮度已不成问题,能够达到要求。但是亮度只是一个重要指标,而不是全部。现在大家普遍感觉到国内厂家的大屏亮度有余,柔和不足,总体效果不如国外厂家,原因就在于有更多技术问题还没有解决好。笔者认为,从技术角度,有必要在以下几方面下功夫。
伴随当今高度发展的信息时代, LED 显示屏控制技术在信息领域也取得了长足的进步。灰度控制技术的发展, 真彩色图像的展现; 驱动电路的灵活、高效, 控制系统技术的提高无不体现了LED 行业技术的飞跃发展。伴随着计算机网络技术的发展, LED 显示屏在多媒体、多种显示设备组成的信息显示系统中, 采用智能化网络控制, 联网控制多屏技术也得到广泛的应用。
软件控制设计方面, 根据LED 图文显示屏系统的具体要求, 按照工程实际需要, 具体设计了四个模块: 编辑功能模块, 字模提取模块, 效果添加及预览模块, 通讯模块。本文将对这四个模块逐一进行描述。
1 引言
随着社会的不断进步与发展, 人们在获取信息的同时, 也对信息获取的方法和信息质量有了更高的要求, 传统的信息显示方式正逐步被LED 显示系统所取代。因此, 如何开发出灵活、高效的控制系统是一个非常有意义的研究课题, 本文从工程实际出发, 设计了LED 显示屏控制系统, 从信息的编辑、提取、显示和控制等方面进行研究, 开发出通用的控制系统, 为LED 显示屏的应用提供良好的基础。
2 系统功能
2.1 目标设计
LED显示屏控制系统主要是通过图文控制器实现LED 广告屏信息的初始化、显示和控制等功能,具体目标如下:
(1)支持显示屏参数软件的初始化设置、加载;
(2)支持多区域画面编辑与显示;
(3)支持中英文时钟编辑与显示;
(4)支持游走字幕编辑与显示;
(5)支持温度、湿度等传感器信息编辑与显示;
(6)支持软件自动开关机;
(7)支持画面显示*;
(8)支持图片信息的编辑、浏览和播放;
(9)强大的超文本编辑器(RTF 格式);
(10)显示信息的预览;
(11)各页面显示方式、运行速度、停留时间均可软件调节;
(12)显示信息的发送。
2.2 设计思想
为了实现系统的设计目标, 在全面分析系统所要达到的功能的基础上, 结合软件运行平台的特点, 本系统采用VC 程序开发语言进行开发, 为了提高系统的可视性、可操作性, 界面设计采用自画的方式进行设计, 与控制屏体之间的通信采用RS232/RS485 方式, 具体的通信参数可以动态设置。为了更好地将信息进行显示和编辑, 我们设计了文字、表格、图形的编辑系统, 很好的满足了系统的要求。
led支架是LED灯珠在封装之前的基板,起到保护固晶焊线和硅胶成型的作用,导通电路,并影响到光、电特性。支架结构性能的好坏直接影响到LED灯珠性能,目前很多灯珠死灯,经显微镜观察,灯珠内的芯片并没出现异常,而是连接芯片的合金线与金属基板脱离造成断路。
同时,发现造成此种现象的灯珠都是直接或间接地裸露在空气中点亮,空气中存在有水汽。由此可以推断出,LED支架的防湿气结构做得不好,导致湿气渗入灯珠内,从而造成封装胶在LED灯珠*点亮的环境下易与金属基板脱离,使得拔断焊接在金属基板上的合金线,从而形成电路断开。
随着光源市场对LED的需求越来越大,LED灯珠的使用范围越来越广,使用者对LED灯珠性能的要求也越来越严苛。如果LED支架的防湿气结构设计的不好,不可避免的限制LED灯珠的使用条件、使用区域、使用领域等等。作为LED设计者和制造者,必定要在LED支架的防湿气结构上有所突破。
一、液体流动基础知识
流动液体的性质介于气体和液体之间。它一方面像固体,具有一定的体积,不易压缩;另一方面又像气体,没有一定的形状,具有流动性。流动液体由于惯性力,粘性力等影响,内部任意某处各个方向的压力不相等。
流动的液体在沿途中会受沿程阻力和局部阻力,由沿程阻力引起的机械能损失称为沿程损失,克服局部阻力的能量损失称为局部损失。全部的流动液体的能量损失等于各段的沿程损失和各局部损失的总和。
二、防湿气结构设计的五个要点
防湿气结构设计,顾名思义,就是要将湿气挡之于外,或者是使湿气在其内部停止流动。支架的塑料与金属基板是两种不同属性的材料,靠外力使两者粘接在一起,是属于物理粘接,即使肉眼上看不出其粘接瑕疵,但在几十倍的放大镜上,其界面上必定存有缝隙,如图2所示。这就决定了支架不能将湿气挡在体外,也就是说一定会有湿气渗入其内。因此,支架的防湿气结构设计,严格意义来讲,是依靠其内的相关结构设计减少渗入其内的流体。要使流体减少,也就是说,要使流体的所有能量尽可能地损失在各沿程损失和各局部损失上。
本文所要研究的彩墙屏已经成功的应用在深圳新都酒店翡翠明珠舞厅酒吧的墙面,组成了一个令人耳目一新、视觉震撼强的室内显示幕墙。该项目工程的实际应用效果达到了客户的要求——新颖、环保、色彩变化艳丽、体现高品位DISCO酒吧的特色。彩墙屏的解决方案是基于发光二极管LED的应用和控制技术,正是因为LED具有其它光源*的优势。LED(Light-Emitting-Diode)是一种能够将电能转化为可见光的半导体。其特点如下:
①效率高:按照通常的光效定义,LED的发光效率并不高(一般10-30lm/W,目前已知光效zui高的橙红色LED光效可以达到55lm/W),但由于LED的光谱几乎全部集中于可见光频段,效率可以达到80-90%,而光效差不多的白炽灯其可见光效率仅为10-20%。
②光线质量高:由于光谱中没有紫外线和红外线,故没有热量,没有辐射,LED属于典型的绿色照明光源。
③光色纯:与白炽灯全频段光谱不同,典型的LED光谱狭窄,发出的光线很纯。
④能耗小:单体LED的功率一般在0.05-1W,通过集群方式可以量体裁衣地满足不同的需要,浪费很少。尤其是需要彩色光的时候,采用白光经过滤色的方式大费周章并且浪费能源,而LED固有的彩色却是得天独厚。
⑤寿命长:光通量衰减到70%的标称寿命10万小时。实际上几乎无限。
⑥可靠耐用:没有钨丝、玻壳等等容易损坏的部件,非正常报废的可能性很小,维护费用极为低廉。
⑦应用灵活:体积小,可平面封庄易开发成轻薄短小产品,做成点、线、面各种形式的具体应用产品。
⑧安全:单体工作电压大致在1.5V~5V之间,工作电流在20mA~70mA之间。
⑨响应时间短:适合于频繁开关以及高频运作的场合。
⑩绿色环保:废弃物可回收,没有污染;不像荧光灯含有汞成分。
控制灵活:通过调整电流可以调光,不同光色的组合可以调色,加上时序控制电路可以达到多样的动态变化效果。
以上这些优点使得LED被认为是一种理想的绿色光源,其已经越来越多地被成功地应用在工程照明和显示领域。半导体技术在城市夜景亮化工程及室内装饰照明及显示工程项目上的应用,给人们以全新的感觉:比如在色彩的表现能力、灯光的控制能力、环保节能等环节上,要比传统的霓虹灯、白炽灯、卤钨灯等具有优势。深圳新都酒店翡翠明珠舞厅DISCO酒吧室内彩显幕墙工程结合了LED照明技术和显示技术的应用,用“灯泡"象素组合构造成动态的可以千变万化的显示墙面。
1.2 本设计所要解决的主要问题
目前,DISCO酒吧内的灯光及控制系统可谓是品种繁多、琳琅满目,如要构造一种震撼的全彩显示墙面作为环境背景,光源首先选择LED,而不是传统的耗电量大、控制难度高、使用寿命不长、系统安全系数稍差的热辐射光源和气体放电光源。
翡翠明珠客户提出的要求是:环境背景的设计新型、环保、色彩变化艳丽、体现高品位DISCO酒吧的特色,控制方案采用计算机同步控制——这些要求就是本设计所有解决的主要问题。接着再根据对酒吧现场进行分析,综合考虑现场实际操作环境、施工条件以及客户要求,量身定制了一套优化解决技术方案,即通过整体逐点控制、级联数据传输、系统实时响应,达到对酒吧内部LED灯光整体统一控制而调节出相应的色调(如显示简单的变化画面)和气氛的效果。
1、简介
LED模组现今大量使用在电子相关产品上,随着应用范围扩大以及照明系统的不断提升,约从1990年开始高功率化的要求急速上升,尤其是以白光高功率型式的需求zui大,现在的照明系统上所使用之LED功率已经不只1W、3W、5W甚至到达10W以上,所以散热基板的散热效能儼然成为zui重要的议题。影响LED散热的主要因素包含了LED芯片、芯片载板、芯片封装及模组的材质与设计,而LED及其封装的材料所累积的热能多半都是以传导方式散出,所以LED芯片基板及LED芯片封装的设计及材质就成为了主要的关键。
2、散热基板对于LED模组的影响
LED从1970年以后开始出现红光的LED,之后很快的演进到了蓝光及绿光,初期的运用多半是在一些标示上,如家电用品上的指示,到了2000年开始,白光高功率LED的出现,让LED的运用开始进入另一阶段,像是户外大型看版、小型显示器的背光源等(如图一),但随着高功率的快速演进,预计从2010年之后,车用照明、室内及特殊照明的需求量日增,但是这些高功率的照明设备,其散热效能的要求也越益严苛,因陶瓷基板具有较高的散热能力与较高的耐热、气密性,因此,陶瓷基板为目前高功率LEDzui常使用的基板材料之一。
然而,目前市面上较常见的陶瓷基板多为LTCC或厚膜技术制成的陶瓷散热基板,此类型产品受网版印刷技术的准备瓶颈,使得其对位精准度上无法配合更高阶的焊接,共晶(Eutectic)或覆晶(Flipchip)封装方式,而利用薄膜工艺技术所开发的陶瓷散热基板则提供了高对位精准度的产品,以因应封装技术的发展。
2.1、散热基板的选择
就LED芯片承载基板的发展上,以承载芯片而言,传统PCB的基板材质具有高度商业化的特色,在LED发展初期有着相当的影响力。然而,随着LED功率的提升,LED基板的散热能力,便成为其重要的材料特性之一,为此,陶瓷基板逐渐成为高效能LED的主要散热基板材料(如表一所示),并逐渐被市场接受进而广泛使用。近年来,除了陶瓷基板本身的材料特性问题须考虑之外,对基板上金属线路之线宽、线径、金属表面平整度与附着力之要求日增,使得以传统厚膜工艺备制的陶瓷基板逐渐不敷使用,因而发展出了薄膜型陶瓷散热基板,本文将针对陶瓷散热基板在厚膜与薄膜工艺及其产品特性上的差异做出分析。
3、陶瓷散热基板
从传统的PCB(FR4)板,到现在的陶瓷基板,LED不断往更高功率的需求发展,现阶段陶瓷基板之金属线路多以厚膜技术成型,然而厚膜印刷的对位精准度使得其无法跟上LED封装技术之进步,其主要因素为在更高功率LED元件的散热设计中,使用了共晶以及覆晶两种封装技术,这些技术的导入不但可以使用高发光效率的LED芯片,更可以大幅降低其热阻值并且让接合度更加完善,让整体运作的功率都相对的提昇。但是这两种接合方式的应用都需要拥有精确金属线路设计的基础,因此以曝光微影为对位方式的薄膜型陶瓷散热基板就变成为精准线路设计主流。
3-1、厚膜印刷陶瓷基版
厚膜工艺大多使用网版印刷方式形成线路与图形,因此,其线路图形的完整度与线路对位的精确度往往随着印刷次数增加与网版张力变化而出现明显的累进差异,此结果将影响后续封装工艺上对位的精准度;再者,随着元件尺寸不断缩小,网版印刷的图形尺寸与解析度亦有其限制,随着尺寸缩小,网版印刷所呈现之各单元图形尺寸差异(均匀性)与金属厚度差异亦将越发明显。为了线路尺寸能够不断缩小与精准度的严格要求下,LED散热基板的生产技术势必要继续提升。因而薄膜工艺的导入就成为了改善方法之一,然而国内拥有成熟的陶瓷基板薄膜金属化工艺技术的厂家却*。即针对自家开发之薄膜基板与传统厚膜基板进行其工艺与产品特性差异分析。
薄膜技术的导入正可解决上述线路尺寸缩小的工艺瓶颈,结合高真空镀膜技术与黄光微影技术,能将线路图形尺寸大幅缩小,并且可同时符合精准的线路对位要求,其各单元的图形尺寸的低差异性(高均匀性)更是传统网版印刷所不易达到的结果。在高热导的要求下,目前璦司柏(ICP)的薄膜工艺技术已能克服现阶段厚膜工艺在对位精准度的瓶颈,图(二)即为薄膜工艺之简易流程图,在空白陶瓷基板上(氧化铝/氮化铝)经过前处理之后,镀上种子层(sputtering),经过光阻披覆、曝光显影,再将所需之线路增厚(电镀/化学镀),zui后经过去膜、蚀刻步骤使线路成形,此工艺所备制之产品具有较高的线路精确度与较佳的金属镀层表面平整度。图(三)即为璦司柏薄膜基板产品与传统厚膜产品的金属线路光学显微图像。
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