#3/2004

Полноцветные LED экраны: Уроки мастерства

Главный редактор - Владимир Крылов
Зам. главного редактора - Михаил Никуличев

Мы уже писали в нашем журнале о драйверах для LED экранов китайской компании CCDL (Central China Display Laboratories). Для примера, остановимся более подробно на разработках в области видеоэкранов на основе светодиодных технологий, проводимых этой компанией.

LED экраны компании CCDL используют ультра яркие красный, зеленый и синий светодиоды наряду со специально разработанными интегральными схемами LSIS, и высоко сложными, обеспечивающими наиболее точную передачу цветов – интегральными схемами VLSIS. Диапазон яркости таких видеоэкранов от 1 500 до 12 000 нит (кд/м2) при 16,7 миллионов цветов. Срок службы LED экранов с драйверами (чипами) CCDL – 100,000 часов, после которых они требуют полной замены светонесущей поверхности.

На диаграммах, взятых с сайта компании CCDL, показано как достигается “ультравидение”, которое создает яркий естественный цвет, используя “чистый зеленый” светодиод, имеющий высокую яркость и широкий диапазон цветных тонов.


Диаграмма цветности	Световой спектр

“Чистый зеленый” – это зеленый цвет с длиной волны меньше чем 525 нм в сравнении с “желто-зеленым” с длиной волны более чем 565 нм. Комбинация красных, “чистого зеленого” и синего даёт возможность передавать точные цвета и их оттенки.

CCDL использует самые последние достижения LED технологии при проектировании LED экранов, которые могут передавать сообщения и показывать видео, сложную графику и мультипликацию. К таким технологиям можно, например, отнести следующие:

использование компьютерной системы, обеспечивающей однородную интенсивность цветов светодиодного модуля в пределах LED экрана;
использование VLSIS схем собственной разработки, увеличивающих продолжительности жизни светодиодов;
совершенствование систем охлаждения для LED экранов, устанавливаемых в различных климатических условиях.

За шесть лет исследований и развития, CCDL создало более чем восемь различных видов LSIS и VLSIS схем, каждая из которых предназначена для выполнения специальных функции. Так, например, схема с 304 выводами, в которой используется быстродействующий параллельный способ обработки видеосигнала, позволяет обрабатывать 24 бит RGB сигнала, что обеспечивает работу 64 пикселей или 192 светодиодов. При этом обеспечивается возможность увеличения тока через драйвер до 24 мА при работе LED экрана, устраняются переменные и обратные токи, которые влияют на несогласованность яркости и цветов.

Также схема реализует специальные функции, которые в зависимости от типа LED экрана, обеспечивает возможность воспроизведения 3-мерного видео, воспроизведения видео с переходной регенерацией, работу с высокоскоростными видео камерами. Такого рода SIS схемы для LED экранов устраняют ограничения типа:

способность воспроизводить 15-24 кадров в секунду;
отсутствие возможности управления яркостью, и даже если они это обеспечивают, то цвета не могут быть сбалансированы должным образом в вечернее время.

Продолжительность “жизни” светодиодов

Ранние версии светодиодов, появившиеся приблизительно 20 лет назад, были дорогими и тусклыми, но их компактный размер, очень низкое потребление энергии, способность противостоять вибрации и большой срок эксплуатации сделали их чрезвычайно популярными в качестве индикаторов на всех видах оборудования. Увеличение интенсивности света и сокращение стоимости привели к расширению области их применения. С появлением синих светодиодов, появилась возможность создания полноцветного LED экрана.

Компания Nichia была в центре деятельности этих исследований и обладает большим опытом и возможностями проведения испытаний по определению качества светодиодов. Экспериментируя с синим светодиодом компания Nichia доказала, что при уменьшении тока увеличивается продолжительности жизни светодиодов. Другими словами, подавая на синий светодиод ток 10 мА, их “жизнь” увеличивается на половину и соответствует такому же показателю зеленого светодиода. Поэтому, управляя током, через светодиод, консервативно можно оценить среднюю продолжительность “жизни” светодиодов в 200 000 часов.

Ток, проходящий через светодиод - только один из нескольких факторов, которые определяют продолжительность их “жизни”. Хотя LED экран может работать 24 часа в сутки, одиночный пиксель, постоянно переключается в режимы “включён” и “выключен”, тем самым увеличивая среднюю продолжительность жизни светодиодов. Так как, световое табло может использоваться в ночном режиме менее ярко, чем дневном, то через светодиоды проходит меньший ток, что приводит к увеличению продолжительности их “жизни”. Каждый пиксель состоит из нескольких светодиодов и не каждый цвет использует полностью зажженные все светодиоды. Это также увеличивает продолжительность “жизни” светодиодов в LED экранах.

Иногда температура LED экрана превышает 25°C, это уменьшает продолжительность жизни светодиодов. Воздух и пыль оставляют грязь на поверхности светодиодов - это уменьшает их яркость. В отличие от воздуха, пыль, которая присутствует в загрязнённом LED экране, в значительно большей степени отрицательно влияет на светодиоды, так как приводит к окислению, ржавчине на электронных и металлизированных частях экрана, что уменьшает продолжительность жизни светодиодов. Основываясь на этих факторах, средняя продолжительность жизни светодиодов, по оценке компании CCDL равна половине от 200 000 часов и составляет в среднем 100 000 часов непрерывной работы.

Система охлаждения LED экранов

Так как светодиоды – полупроводники, то они чувствительны к высокой температуре. При высоких температурах сила тока, проходящего через каждый светодиод должна быть уменьшена, чтобы избежать его выхода из строя. При понижении тока, подаваемого на светодиод в связи с повышением температуры, происходит рассогласование яркости и цвета LED экрана. Светодиоды Nichia выдерживают максимальный ток 30 мА при 25°C. Если температура увеличивается, то ток, проходящий через светодиод, должен быть уменьшен, что уменьшает его яркость. И наоборот, если окружающая температура более низкая (но не ниже –10°C), то яркость светодиода будет расти. Таким образом, температура внутри LED экрана должна поддерживаться на уровне 25°C, чтобы обеспечить наибольшую яркость и увеличить продолжительность жизни светодиодов.

Для чувствительных к высокой температуре светодиодов требуется, чтобы система охлаждения LED экрана гарантировала температуру внутри экрана, соответствующую максимальной яркости и продолжительности “жизни” светонесущей поверхности. Так, например, яркость LED экрана CCDL после пяти лет эксплуатации не превышает 50% от первоначальной яркости.

Ниже приведен примерный состав комплекта и основные характеристики одного из вариантов LED экрана – модель 28mІ:

Размер: 4 м (В) x 7 м (Ш) = 28 м2;
Состав пикселя: 8R+2G+2B (28x28 мм);
Шаг (расстояние) между пикселями: 31,25 мм;
Разрешение: 128x224 пикселей;
Плотность пикселей: 1 024 пикселя/м2;
Число пикселей: 28 672;
Число градаций: 256 уровней для каждого цвета;
Цветность: 16,7 миллионов цветов;
Пиковая яркость: 6 000 нит (кд/м2);
Форматы входного видеосигнала: NTSC/PAL;
Потребляемая мощность: 12 кВт (средняя), 23 кВт (пиковая);
Частота обновления: 60 Гц (30 кадров в секунду).

Структура LED экрана

Видеоэкран состоит из верхнего и нижнего экранов, оба из которых включают:

систему управления трансляцией;
систему контроля, систему управления электропитанием, систему кондиционирования и систему звукового сопровождения;
диспетчерскую управления.

В целом, LED экраны обеспечивают наибольшую разрешающую способность на единицу площади. Нешуточные капитальные вложения в научные разработки не замедлили сказаться на качестве конечной продукции – мобильных LED экранах фирмы CCDL. Экраны этой фирмы – отлично работают во многих частях света, а их надежность определяется правильным подходом к управлению светодиодами.