Уроки мастерства: Полноцветные светодиодные экраны и электронные табло

Выпуск 3/2004

Главный редактор - Владимир Крылов
Зам. главного редактора - Михаил Никуличев
(10.03.2004)

В нашей статье Драйверы для светодиодных видеоэкранов мы уже писали о драйверах для светодиодных экранов и электронных табло китайской фирмы CCDL (Central China Display Laboratories). Для примера, остановимся более подробно на разработках в области электронных световых панно/табло/видеоэкранов на основе светодиодных технологий, проводимых этой компанией.

Электронные табло 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 табло от 1,500 до 12,000 нит (кд/м2) при 16.7 миллионов цветов. Срок службы светодиодных экранов с драйверами (чипами) CCDL - 100,000 часов, после которых они требуют полной замены светонесущей поверхности.

На диаграммах, взятых с сайта фирмы 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 электронных табло и светодиодных экранов, которые могут передавать сообщения и показывать видео, сложную графику и мультипликацию. К таким технологиям можно, например, отнести следующие:

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 ножками, 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 светового табло, устраняются переменные и обратные токи, которые влияют на несогласованность яркости и цветов.

Также схема реализует специальные функции, которые в зависимости от типа светового электронного табло, обеспечивает возможность воспроизведения 3-мерного видео, воспроизведения видео с переходной регенерацией, работу с высоко скоростными видео камерами.

Такого рода SIS схемы для светодиодных табло устраняют ограничения типа:

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 светодиодного электронного табло.

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 электронное световое табло 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 электронное 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 световых электронных табло и светодиодных экранах.

Иногда температура светодиодного 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 световом панно/табло, 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

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 светового табло. 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 светового электронного табло 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 светового электронного табло гарантировала температуру внутри табло, соответствующую максимальной яркости и продолжительности "жизни" светонесущей поверхности. Так, например, яркость светового табло CCDL после пяти лет эксплуатации не превышает 50 % от первоначальной яркости.

Ниже приведен примерный состав комплекта и основные характеристики одного из вариантов электронного табло на базе светодиодной технологии.

Спецификация полноцветного светодиодного видеотабло:

  1. Размер: 4м (В) x 7м (Ш) = 28м2
  2. Состав пикселя: 8R + 2G + 2B (28 x 28 мм)
  3. Шаг (расстояние) между пикселями : 31,25 мм
  4. Разрешение: 128 x 224 пикселей
  5. Плотность пикселей: 1 024 пикселя/м2
  6. Число пикселей: 28 672
  7. Число градаций: 256 уровней для каждого цвета
  8. Цветность: 16,7 миллионов цветов
  9. Пиковая яркость: 6 000 нит (кд/м2)
  10. .Форматы входного видеосигнала: NTSC/PAL
  11. Потребляемая мощность: 12 кВт (средняя), 23 кВт (пиковая)
  12. Частота обновления: 60 Гц (30 кадров в секунду)

Структура электронного табло:

Световое электронное табло состоит из верхнего и нижнего экранов, оба из которых включают:

В целом, светодиодные электронные табло обеспечивают наибольшую разрешающую способность на единицу площади.

Нешуточные капитальные вложения в научные разработки не замедлили сказаться на качестве конечной продукции - мобильных светодиодных экранах фирмы CCDL. Светодиодные экраны этой фирмы - отлично работают во многих частях света, а их надежность определяется правильным подходом к управлению светодиодами.