Katrs LED displejs darbības laikā rada siltumu. Tās ir tiešas gaismas diodes darbības sekas: tās pārvērš elektrisko enerģiju gaismā, bet ne ar perfektu efektivitāti. Daļa ieejas jaudas tiek atbrīvota kā siltumenerģija LED savienojuma vietā - mikroskopiskajā punktā, kur saskaras pusvadītāju slāņi. Tas, cik labi displeja sistēma pārvieto šo siltumu no krustojuma, nosaka ne tikai darba temperatūru, bet arī ilglaicīgu-uzticamību un krāsu stabilitāti.
Šajā rakstā ir apskatīti mehānismi, kas nosaka siltuma ģenerēšanu LED displejos, inženiertehniskās pieejas, kas tiek izmantotas tā pārvaldībai, un faktori, kas ietekmē siltuma veiktspēju dažādās instalācijas vidēs.
Kā siltums tiek ģenerēts LED displejā
LED mikroshēma rada gaismu, izmantojot elektroluminiscenci. Šīs konversijas efektivitāte nekad nav 100%. Nepārveidotā enerģija kļūst par siltumu pusvadītāju savienojuma vietā -, ko dēvē par savienojuma temperatūru (Tj).
Savienojuma temperatūrai ir nozīme, jo gaismas diodes ir ļoti jutīgas pret to:
- Krāsu maiņa: pieaugot Tj, mainās LED mikroshēmas dominējošais viļņa garums. Sarkanās mikroshēmas pret to ir jutīgākas nekā zilās vai zaļās. Displejā ar RGB apakšpikseļiem nekonsekventa savienojuma temperatūra panelī var radīt redzamas krāsu nevienmērības-.
- Lumena nolietojums: ilgstoši augsta krustojuma temperatūra paātrina gaismu izstarojošā materiāla noārdīšanos{0}}. Tas laika gaitā samazina spilgtumu - process, ko raksturo L70 vai L50 kalpošanas laika novērtējums, kas nosaka stundas, līdz izvade samazinās līdz 70% vai 50% no sākotnējā spilgtuma.
- Palielināts neveiksmju līmenis: termiskais spriegums vājina lodēšanas savienojumus un savieno vadus. PCB substrāti izplešas un saraujas termiski cikliski, kas laika gaitā var izraisīt mikro{1}}plaisāšanu.
Displeja kopējā siltuma slodze ir atkarīga no tā jaudas blīvuma (vati uz kvadrātmetru), darbības spilgtuma, apkārtējās vides temperatūras un LED draivera IC efektivitātes.
Pasīvā pret aktīvā dzesēšana
Termiskā vadība LED displejos parasti tiek veikta, izmantojot vienu no divām pieejām: pasīvo izkliedi vai aktīvo dzesēšanu.
Pasīvā izkliedēšanabalstās uz vadītspēju un dabisko konvekciju. Siltums pārvietojas no LED savienojuma caur lodēšanas savienojumu, uz PCB, caur korpusa konstrukciju un uz apkārtējo gaisu. Tas prasa:
- Laba siltumvadītspēja starp katru saskarni (minimizēta ar termiskās saskarnes materiāliem)
- Pietiekams virsmas laukums uz ārējā korpusa, lai izstarotu un konvektu siltumu
- Korpusa dizains, kas nodrošina gaisa plūsmu pat tad, ja displejs ir piestiprināts pie sienas{0}}vai iebūvēts konstrukcijā
Lietie{0}}alumīnija skapji nodrošina augstāku siltumvadītspēju nekā tērauda ekvivalenti, padarot tos efektīvākus pasīvās dzesēšanas scenārijos. Alumīnija sakausējuma siltumvadītspēja parasti ir aptuveni 150–200 W/m·K, salīdzinot ar aptuveni 50 W/m·K oglekļa tēraudam.
Aktīvā dzesēšanaizmanto ventilatorus vai dažās specializētās iekārtās šķidruma dzesēšanas cilpas, lai efektīvāk izspiestu siltumu. Ventilatora dzesēšanas sistēmas var izturēt lielāku jaudas blīvumu, un tās ir izplatītas:
- Fiksēti āra displeji ar augstām spilgtuma prasībām (lielāks par vai vienāds ar 6000 nitiem)
- Iekštelpu displeji slēgtās vai slikti vēdināmās telpās
- Liela{0}}formāta nomas displeji, kas darbojas nepārtraukti ilgu laiku
Kompromiss-ir troksnis, mehāniskā sarežģītība un ventilatoru tīrīšanas vai nomaiņas apkopes nepieciešamība. Ventilatora kļūme ir viena no biežāk sastopamajām pakalpojumu problēmām-ārgaisa instalācijās ar augstu spilgtumu.
Dizains bez ventilatoriem un tā sekas
Pēdējos gados dizaini bez ventilatora (pilnībā pasīvi) ir kļuvuši izplatītāki pat vidēja{0}}līdz-augsta spilgtuma āra displejos. To iespējoja:
- Uzlabota LED efektivitāte- Mūsdienu SMD un flip{1}}mikroshēmas gaismas diodes ražo vairāk gaismas uz vatu nekā iepriekšējās paaudzes, samazinot siltuma slodzi noteiktam spilgtuma līmenim.
- Labāks draivera IC dizains- Precīzāks strāvas regulējums samazina pretestības zudumus un lieko siltumu no vadītāja stadijas.
- Kabineta{0}}līmeņa siltumtehnika- Apzināta siltuma ceļu izmantošana caur alumīnija ekstrūzijas un aizmugurējās spuras konstrukcijām palielina efektīvo izstarojošo virsmu, nepievienojot kustīgas daļas.
Konstrukcija bez ventilatora samazina IP iekļūšanas risku ventilācijas atverēs un samazina ilgtermiņa apkopes{0}}prasības. Tomēr tas nosaka stingrākus ierobežojumus maksimālajam darbības spilgtumam un prasa rūpīgu termisko simulāciju projektēšanas posmā, lai nodrošinātu, ka skapis var izkliedēt paredzamo siltuma slodzi visā instalācijai norādītajā apkārtējās vides temperatūras diapazonā.
Termiskās saskarnes materiāli
Vietās, kur siltumam jāpārnes pāri materiāla robežai -, piemēram, no LED moduļa uz korpusa aizmugurējo plāksni, - tiek izmantoti termiskās saskarnes materiāli (TIM), lai samazinātu kontakta pretestību. Kopējie veidi ietver:
- Termiskā pasta / savienojums: Zema viskozitāte, aizpilda mikroskopiskus virsmas nelīdzenumus, plaši izmanto PCB-līdz{1}}dzesētāja kontaktam. Vadītspēja parasti 1–5 W/m·K.
- Termiskie paliktņi: iepriekš-nogriezti cietie paliktņi, ko izmanto ražošanas montāžā. Konsekventāks nekā pastas automatizētajā ražošanā. Vadītspēja parasti ir 3–10 W/m·K.
- {0}}Mainiet materiālus: Ciets istabas temperatūrā, mīkstina un plūst darba temperatūrā, lai atbilstu virsmām. Izmanto tur, kur ir paredzēta atkārtota montāža.
TIM izvēle ietekmē ne tikai vienmērīgu -stāvokļa savienojuma temperatūru, bet arī to, cik ātri displejs sasniedz termisko līdzsvaru, kad tas ir ieslēgts -, kas ietekmē sākotnējo krāsu precizitāti.
Vides apstākļi un pazemināšana
Siltuma projektēšanā jāņem vērā uzstādīšanas vide. Displejs, kas paredzēts nepārtrauktai darbībai 40 grādu apkārtējās vides temperatūrā, izturēsies citādi, ja tas tiks uzstādīts vietā, kas regulāri sasniedz 45 grādus vai augstāku.
Lielākajā daļā LED draiveru IC ir iekļautas termiskās aizsardzības shēmas, kas samazina piedziņas strāvu, kad savienojuma temperatūra pārsniedz slieksni. Sistēmas līmenī tas izpaužas kā spilgtuma samazinājums maksimālās termiskās slodzes laikā - automātiskas samazināšanas veids.
Norādot āra displeju, ir vērts izpētīt ražotāja sniegto termiskās samazināšanas līkni: saistību starp apkārtējās vides temperatūru un maksimālo ilgstošo spilgtumu. Sistēma, kas pieprasa 10 000 nitu maksimālo spilgtumu, var izturēt tikai 7000 nitu 40 grādu apkārtējā temperatūrā.
Kopsavilkums
Siltuma pārvaldība LED displejos ietver fizisku procesu ķēdi: ģenerēšana LED krustojumā, vadīšana caur PCB un korpusa struktūru un izkliedēšana vidē. Slikta termiskā konstrukcija saīsina komponentu kalpošanas laiku, izraisa krāsu nestabilitāti un samazina efektīvo spilgtumu. Izpratne par krustojuma temperatūras, pasīvās un aktīvās dzesēšanas pamatprincipiem un termiskās saskarnes materiālu lomu sniedz pircējiem un integratoriem pilnīgāku sistēmu displeju sistēmu novērtēšanai - ārpus virsmas-līmeņa specifikācijām, kas parasti tiek izceltas produktu lapās.