Kiekvienas LED ekranas veikimo metu generuoja šilumą. Tai tiesioginė šviesos diodų veikimo pasekmė: jie paverčia elektros energiją į šviesą, bet ne itin efektyviai. Dalis įvesties galios išleidžiama kaip šiluminė energija LED sandūroje - mikroskopiniame taške, kuriame susikerta puslaidininkių sluoksniai. Nuo to, kaip ekrano sistema perkelia šilumą nuo sankryžos, priklauso ne tik darbo temperatūra, bet ir ilgalaikis -patikimumas bei spalvų stabilumas.
Šiame straipsnyje nagrinėjami LED ekranų šilumos generavimo mechanizmai, inžineriniai metodai, naudojami jai valdyti, ir veiksniai, turintys įtakos šiluminiam našumui įvairiose įrengimo aplinkose.
Kaip šiluma generuojama LED ekrane
LED lustas gamina šviesą per elektroliuminescenciją. Šios konversijos efektyvumas niekada nėra 100%. Nekonvertuota energija puslaidininkių sandūroje -, vadinama sandūros temperatūra (Tj), tampa šiluma.
Sankryžos temperatūra yra svarbi, nes šviesos diodai yra labai jautrūs jai:
- Spalvų poslinkis: Didėjant Tj, pasikeičia dominuojantis LED lusto bangos ilgis. Raudonos drožlės tam jautresnės nei mėlynos ar žalios. Ekrane su RGB subpikseliais dėl nevienodos jungties temperatūros skydelyje gali atsirasti matomų spalvų nevienodumo{2}}.
- Lumeno nusidėvėjimas: nuolatinė aukšta sandūros temperatūra pagreitina šviesą{0}}skleidžiančios medžiagos irimą. Tai sumažina ryškumą laikui bėgant - procesas, aprašytas L70 arba L50 veikimo trukmės įvertinimu, kuris apibrėžia valandas, kol išvestis sumažėja iki 70 % arba 50 % pradinio ryškumo.
- Padidėjęs gedimų dažnis: Šiluminis įtempis susilpnina litavimo jungtis ir sujungia laidus. PCB substratai plečiasi ir susitraukia dėl terminio ciklo, dėl kurio laikui bėgant gali atsirasti mikro{1}}įtrūkimų.
Bendra ekrano šilumos apkrova priklauso nuo jo galios tankio (vatais kvadratiniam metrui), veikimo ryškumo, aplinkos temperatūros ir LED tvarkyklės IC efektyvumo.
Pasyvus prieš aktyvų aušinimą
Šiluminis valdymas LED ekranuose paprastai tvarkomas vienu iš dviejų būdų: pasyviojo išsklaidymo arba aktyvaus aušinimo.
Pasyvus išsisklaidymaspriklauso nuo laidumo ir natūralios konvekcijos. Šiluma keliauja iš LED jungties per litavimo jungtį, į PCB, per korpuso konstrukciją ir į aplinkinį orą. Tam reikia:
- Geras šilumos laidumas tarp kiekvienos sąsajos (sumažintas dėl šiluminės sąsajos medžiagų)
- Pakankamas išorinės spintelės paviršiaus plotas, kad būtų galima spinduliuoti ir nukreipti šilumą
- Spintelės dizainas, užtikrinantis oro srautą net tada, kai ekranas yra pritvirtintas prie sienos arba įmontuotas į konstrukciją
Lieto aliuminio spintos- pasižymi didesniu šilumos laidumu nei plieno ekvivalentų, todėl jos yra veiksmingesnės pasyviojo aušinimo atveju. Aliuminio lydinio šilumos laidumas paprastai yra apie 150–200 W/m·K, palyginti su maždaug 50 W/m·K anglinio plieno.
Aktyvus aušinimasnaudoja ventiliatorius arba, kai kuriuose specializuotuose įrenginiuose, skysčio aušinimo kilpas, kad efektyviau pašalintų šilumą. Ventiliatoriaus{1}}aušinimo sistemos gali atlaikyti didesnį galios tankį ir yra paplitusios:
- Fiksuoti lauko ekranai su dideliais ryškumo reikalavimais (didesnis arba lygus 6 000 nitų)
- Vidiniai ekranai uždarose arba prastai vėdinamose patalpose
- Dideli{0}}formatų nuomojami ekranai, kurie veikia nepertraukiamai ilgą laiką
Kompromisas- yra triukšmas, mechaninis sudėtingumas ir ventiliatorių valymo arba keitimo priežiūros poreikis. Ventiliatoriaus gedimas yra viena iš dažniausiai pasitaikančių aptarnavimo problemų, susijusių su didelio-šviesumo lauko įrenginiais.
Dizainas be ventiliatoriaus ir jo pasekmės
Pastaraisiais metais dizainas be ventiliatoriaus (visiškai pasyvus) tapo labiau paplitęs net vidutinio{0}}ir didelio ryškumo{1}}lauko ekranuose. Tai įgalino:
- Pagerintas LED efektyvumas- Šiuolaikiniai SMD ir flip-lusto šviesos diodai skleidžia daugiau šviesos vienam vatui nei ankstesnės kartos, todėl tam tikram ryškumo lygiui sumažėja šilumos apkrova.
- Geresnis tvarkyklės IC dizainas- Tikslesnis dabartinis reguliavimas sumažina varžos nuostolius ir šilumos perteklių nuo vairuotojo etapo.
- Kabineto{0}}lygio šiluminė inžinerija- Tiksliai naudojant šiluminius kelius per aliuminio išspaudas ir galinių briaunų konstrukcijas, padidėja efektyvus spinduliuojančio paviršiaus plotas nepridedant judančių dalių.
Konstrukcija be ventiliatoriaus sumažina IP patekimo į ventiliacijos angas riziką ir sumažina ilgalaikės{0}} priežiūros reikalavimus. Tačiau tai nustato griežtesnius didžiausio veikimo ryškumo apribojimus ir reikalauja kruopštaus šiluminio modeliavimo projektavimo etape, kad būtų užtikrinta, jog spinta gali išsklaidyti numatomą šilumos apkrovą visame įrengimui nurodytame aplinkos temperatūros diapazone.
Šiluminės sąsajos medžiagos
Ten, kur šiluma turi pereiti per medžiagos ribą -, pvz., iš LED modulio į korpuso galinę plokštę -, naudojamos šiluminės sąsajos medžiagos (TIM), kad būtų sumažintas kontaktinis atsparumas. Įprasti tipai apima:
- Terminė pasta / junginys: Mažas klampumas, užpildo mikroskopinius paviršiaus nelygumus, plačiai naudojamas PCB{0}}ir radiatoriaus{1}}kontakte. Laidumas paprastai 1–5 W/m·K.
- Šiluminės pagalvėlės: -iš anksto supjaustytos kietos pagalvėlės, naudojamos gamybiniam surinkimui. Automatizuotoje gamyboje nuoseklesnis nei pasta. Laidumas paprastai 3–10 W/m·K.
- {0}}Pakeiskite medžiagas: Kietas kambario temperatūroje, suminkštinamas ir tekantis darbinėje temperatūroje, kad prisitaikytų prie paviršių. Naudojamas ten, kur numatomas pakartotinis{1}} surinkimas.
TIM pasirinkimas turi įtakos ne tik pastoviai -būsenos sandūros temperatūrai, bet ir tai, kaip greitai ekranas pasiekia šiluminę pusiausvyrą įjungus -, o tai turi įtakos pradiniam spalvų tikslumui.
Aplinkos sąlygos ir sumažinimas
Šilumos projektavimas turi atsižvelgti į įrengimo aplinką. Ekranas, skirtas nuolatiniam veikimui esant 40 laipsnių aplinkos temperatūrai, elgsis kitaip, kai bus sumontuotas vietoje, kuri reguliariai pasiekia 45 laipsnių ar aukštesnę temperatūrą.
Daugumoje LED tvarkyklių IC yra šiluminės apsaugos grandinės, kurios sumažina pavaros srovę, kai sankryžos temperatūra viršija slenkstį. Sistemos lygiu tai pasireiškia kaip ryškumo sumažėjimas didžiausios šiluminės apkrovos metu - automatinio sumažinimo forma.
Nurodant lauko ekraną, verta išnagrinėti gamintojo pateiktą šiluminio sumažinimo kreivę: aplinkos temperatūros ir maksimalaus nuolatinio ryškumo ryšį. Sistema, kuri reikalauja 10 000 nitų didžiausio ryškumo, gali išlaikyti tik 7 000 nitų esant 40 laipsnių aplinkos temperatūrai.
Santrauka
Šilumos valdymas LED ekranuose apima fizinių procesų grandinę: generavimą šviesos diodų sandūroje, laidumą per PCB ir korpuso struktūrą bei išsklaidymo į aplinką. Prasta šiluminė konstrukcija sutrumpina komponentų tarnavimo laiką, sukelia spalvų nestabilumą ir sumažina efektyvų ryškumą. Suprasdami sankryžos temperatūros, pasyvaus ir aktyvaus aušinimo pagrindus ir šiluminės sąsajos medžiagų vaidmenį, pirkėjai ir integratoriai turi išsamesnę sistemą, skirtą įvertinti ekrano sistemas - už paviršiaus-lygio specifikacijas, paprastai pabrėžtas gaminių lapuose.