Как устроен модуль светодиодного экрана (LED экрана) и бегущих строк

DIP и SMD

DIP

 

DIP и SMD - два типа корпуса светодиодов, преимущественно используемых в производстве экранов.

В светодиодных модулях применяются монохромные и полноцветные светодиоды:

DIP монохромный

одноцветный светодиод в цилиндрическом корпусе монтируются на выводах, запаянных в сквозные отверстия печатной платы

DIP полноцветный

многоцветный или RGB светодиод в цилиндрическом корпусе, монтируются в отверстия печатной платы

SMD монохромный

одноцветный светодиод поверхностного монтажа, паяется на поверхность платы.

SMD полноцветный

многоцветные или RGB светодиод в корпусе для поверхностного монтажа на плату.

DIP технология применяется преимущественно на уличных экранах.
SMD технология поверхностного монтажа, на сегодняшний день наиболее распространённый метод сборки печатных плат.

 

Основные преимущества SMD светодиодов

• Маленький размер светодиода позволяет создать экран с высоким разрешением HD, UHD , 4K .
• Меньший вес и меньшая толщина светодиодного модуля при применении SMD компонентов.
• Больший угол обзора, DIP корпус ограничивает видимость соседнего светодиода.
• Большая яркость и срок службы, за счёт высокой теплопередачи от кристалла диода к печатной плате модуля.

 

Основные параметры светодиодов

• Угол обзора светодиодов, используемых в создании LED экранов, более 120 градусов.  
• Яркость свечения и угол обзора, два тесно связанных между собой параметра.
• Ток светодиода обычно ограничен 20 миллиампер (0,02 Ампера).

 

Виды светодиодных модулей для экранов и бегущих строк

одноцветные

имеют свечение одного цвета, иногда их называют монохромные модули, бывают белые, красные, зелёные, синие и т.д.

полноцветные

умеют воспроизводить множество цветов, могут называться многоцветные или RGB модуль, у таких модулей каждый пиксель состоит из трёх светодиодов: красного, зелёного и синего

внутренние

модули рассчитанные на эксплуатацию внутри помещений, имеют облегчённую конструкцию, малую яркость свечения и не защищены от попадания влаги

уличные

модули изготавливают устойчивыми к воздействию солнца и влаги с высокой яркостью свечения

В производстве светодиодных экранов применяют модули

внутренний монохромный

одноцветный модуль облегчённой конструкции

внутренние полноцветные

многоцветный модуль без влагозащиты с низким энергопотреблением

уличные монохромные

одноцветный влагозащищённый модуль

уличные полноцветные

многоцветный модуль с защитой от воздействия внешней среды

 

Устройство модуля светодиодного экрана и бегущей строки

Светодиоды

припаяны к электронной плате управления, при этом образуются столбцы и строки. На плате управления размещены чипы управления светодиодами.

Плата

зафиксирована на пластиковом каркасе, с лицевой стороны промежутки между светодиодами накрыты маской.

Маска

это пластиковая накладка, имеющая отверстия под светодиоды, над отверстиями расположены козырьки, защищающие каждый светодиод от солнечных лучей и капель дождя.

На уличных модулях пространство под маской заполнено герметизирующим компаундом.

 

Как работает светодиодный модуль?

Модуль - 

Маска модуля и герметизирующий компаунд.

 

Основные параметры модулей, применяемых в светодиодных экранах

Производитель

производитель кристалла светодиода или производитель модуля

Страна производитель

в какой стране расположен производитель

Степень защиты IP

степень защиты модуля от пыли и воды ; IP65 - уличные IP33 - внутренний

Тип исполнения пикселя

DIP, SMD ; DIP546, SMD3535, SMD2020

Плотность пикселей

количество пикселей на квадратный метр

Цветность

указывает какие цвета воспроизводит модуль ; Полноцветный (RGB), Монохром (Красный)

Шаг пикселя

основной параметр модуля, расстояние между светодиодами в миллиметрах ; 10мм, 6мм, 3мм

Область применения

для каких условий эксплуатации предназначен модуль ; уличный, внутренний

Тип управляющей микросхемы

марка основного чипа управления модулем ; SM74HC595D, MBI5024

Оптимальное расстояние просмотра

со скольких метров не видно зернистости экрана, упрощённый расчёт: шаг пикселей умножить на 1000. Если шаг 3мм*1000=3м.

Частота обновления

с какой частотой модуль способен обновлять картинку ; 1920Гц

Вес

сколько весит модуль, уличные тяжелей внутренних ; 0.25 Кг, 0.7 Кг

Угол обзора

горизонтальный и вертикальный угол видимости изображения ; 110° / 60°, 140° / 130°

Яркость

это общее количество света, излучаемое светодиодным модулем независимо от направления, измеряют в канделах на квадратный метр или кд/м2, внутренние модули ≥ 600 кд/м2, уличные ≥5000 кд/м2

Диапазон рабочих температур

при какой температуре способен сохранять работоспособность ; -40 / +60 С

Рабочее напряжение

величина напряжения питания модуля ; 5В

Разрешение модуля

количество светодиодов горизонтально и вертикально ; 32 х 16 , 64x32

Интерфейс

тип интерфейса управления модулем ; HUB75, HUB12

Размер модуля

габаритные размеры, ширина и высота светодиодного модуля 320x160, 256x128, 192x192, 250x250, 240x120

Срок службы

в часах заявленный производителем ; 100 000 ч

Потребляемая мощность

максимальная мощность потребления LED модуля ; 20Вт

Максимальное снижение эффективности

Максимальное снижение эффективности в течение 3 лет ; 15%

Коэффициент дефектности

среднее взвешенное количество дефектов одного модуля ; 0.0001

Уровень серого

разрешающая способность яркости модуля ; 13 бит

Скан

указывает на сколько равных частей разделён модуль

 

 

Интерфейс управления модулем

Наиболее распространённые интерфейсы управления модулем:
HUB08, HUB12, HUB40, HUB75

HUB08

HUB40

HUB12

Распиновка популярных интерфейсов управления модулями

 

Тип сканирования светодиодного модуля

По типу сканирования модули делятся на статические и динамические.

Cтатическое сканирование

изображение выводится постоянно на всей площади модуля.

Динамическое сканирование

изображение выводится частями, на которые разделён модуль. 

Режим сканирования

показывает какая часть светодиодов модуля светится в единицу времени.

• Динамические модули имеют параметр - режим сканирования.
• Контроллер циклически выводит картинку на все части модуля.

 

Структурная схема светодиодного модуля

Структура светодиодного модуля.

1. Дешифратор выбора строк - декодирует двоичное представление номера строки.
2. Выходной драйвер - управляет светодиодом и контролирует через него ток.
3. Сдвиговый регистр - преобразует последовательно представление двоичные данные в параллельную шину данных.  
4. Защёлка данных сдвигового регистра - переносит данные из сдвигового регистра в выходной драйвер.

 

Определение параметров светодиодного модуля по внешнему виду

В качестве примера рассмотрим светодиодный модуль с маркировкой P5(2121)6432-16S-M1

• Шаг пикселей - 5мм
• Размер светодиодов - 2,1 х 2,1 мм  тип SMD
• Разрешение модуля  -  64х32 пикселя, 
• Режим сканирования -  1/16
• Интерфейс управления - HUB75
• Напряжение питания - 5V
• Чип    -  ICN2028BP
• Количество чипов -  24 штуки

 

• Интерфейс управления HUB75 имеет 6 линий данных R1,G1,B1,R2,G2,B2.
• Если разделить 24 чипа на 6 линий данных, получается на одной линии данных установлено 
• 4 последовательно соединённых 16 битных сдвиговых регистра ICN2028BP.
• Умножаем 4 чипа на 16 бит, получаем 64 светодиода на линию.
• Одновременно можно засветить 2 группы (R1, G1, B1 и R2, G2, B2) по 64 RGB светодиода, всего 128 RGB светодиодов.
• Общее количество пикселей модуля 64*32=2048 умножим на режим сканирования 1/16 получаем 128 RGB светодиодов.
• Общий объём данных 6144 бита, 16 строк по 64*2*3 бит.

Как формируется изображение на светодиодном модуле

• CLK    - сигнал синхронизации данных на шинах R1, G1, B1, R2, G2, B2 фиксация по переднему фронту
• R1(R2) - вход последовательных данных сдвигового регистра
• LAT    - защёлка данных в сдвиговый регистр.
• OE     - включает и выключает светодиоды модуля.

Временная диаграмма вывода данных в светодиодный модуль

• Сигналы сканирования подаются на линии A, B, C, D, E и обеспечивает выбор строки вывода.
• Выбор строки передаётся в двоичном коде и декодируется ICN2012.

Процесс вывода изображения на динамический модуль светодиодного экрана.
Последовательно засвечиваются части модуля, в данном случае строки.

 

 

Полезная информация: