3、检测A、B、C、D各信号之间是否短路或某信号与地短路。
LED显示屏在公共场合用的应用得较为广泛,广场上的大屏幕多为LED屏幕,具有寿命长,能耗小等特点。LED显示屏在设计时如果不恰当,将会影响未来的使用情况,本文总结了八大因素,在LED屏幕设计时需重点注意:
1、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。
2、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一致性。此工序如果出现问题,会出现大屏幕局部亮度不一致的现象,直接影响led大屏幕的显示效果。
3、设计电流值
LED的标称电流为20mA,一般建议其使用电流为不超过标称值的80%,尤其对于点间距很小的大屏幕,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衰减速度的不一致性,有针对性地降低蓝、绿LED的电流值,以保持大屏幕长时间使用后白平衡的一致性。
4、驱动电路设计
大屏幕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。我们常会发现大屏幕模块四周的LED亮度比中间低一些,就是这个原因。故要保证大屏幕亮度的一致性,就要设计好驱动电路分布图。
从传统FR4PCB到金属核心的MCPCB
将热导到更下层后,就过去而言是直接运用铜箔印刷电路板(Printed Circuit Board;PCB)来散热,也就是常见的FR4印刷电路基板,然而随着LED的发热愈来愈高,FR4印刷电路基板已逐渐难以消受,理由是其热传导率不够(仅0.36W/m.K)。
为了改善电路板层面的散热,因此提出了所谓的金属核心的印刷电路板(Metal Core PCB;MCPCB),即是将原有的印刷电路板附贴在另外一种热传导效果更好的金属上(如:铝、铜),以此来强化散热效果,而这片金属位在印刷电路板内,所以才称为「MetalCore」,MCPCB的热传导效率就高于传统FR4PCB,达1W/m.K2.2W/m.K。
不过,MCPCB也有些限制,在电路系统运作时不能超过140℃,这个主要是来自介电层(DielectricLayer,也称InsulatedLayer,绝缘层)的特性限制,此外在制造过程中也不得超过250℃300℃,这在过锡炉时前必须事先了解。
附注:虽然铝、铜都是合适的热导热金属,不过碍于成本多半是选择铝材质。
裸晶层:基板材料、覆晶式镶嵌
如何在裸晶层面增加散热性,改变材质与几何结构再次成为必要的手段,关于此目前常用的两种方式是:1.换替基板(Substrate,也称:底板、衬底,有些地方也称为:Carrier)的材料。2.经裸晶改采覆晶(Flip-Chip,也称:倒晶)方式镶嵌(mount)。
先说明基板部分,基板的材料并不是说换就能换,必须能与裸晶材料相匹配才行,现有AlGaInP常用的基板材料为GaAs、Si,InGaN则为SiC、Sapphire(并使用AlN做为缓冲层)。
备注:为了强化LED的散热,过去的FR4印刷电路板已不敷应付,因此提出了内具金属核心的印刷电路板,称为MCPCB,运用更底部的铝或铜等热传导性较佳的金属来加速散热,不过也因绝缘层的特性使其热传导受到若干限制。(制图:郭长佑)
对光而言,基板不是要够透明使其不会阻碍光,就是在发光层与基板之间再加入一个反光性的材料层,以此避免「光能」被基板所阻碍、吸收,形成浪费,例如GaAs基板即是不透光,因此再加入一个DBR(DistributedBraggReflector)反射层来进行反光。而Sapphire基板则是可直接反光,或透明的GaP基板可以透光。
除此之外,基板材料也必须具备良好的热传导性,负责将裸晶所释放出的热,迅速导到更下层的散热块(HeatSlug)上,不过基板与散热块间也必须使用热传导良好的介接物,如焊料或导热膏。同时裸晶上方的环氧树脂或矽树脂(即是指:封胶层)等也必须有一定的耐热能力,好因应从p-n接面开始,传导到裸晶表面的温度。
除了强化基板外,另一种作法是覆晶式镶嵌,将过去位于上方的裸晶电极转至下方,电极直接与更底部的线箔连通,如此热也能更快传导至下方,此种散热法不仅用在LED上,现今高热的CPU、GPU也早就采行此道来加速散热。
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