Чем выше разрешение светодиодного экрана при малом физическом размере экрана – тем меньше становятся сами светодиоды и расстояние между ними. Отсюда вытекают технические сложности размещения светодиодов, способе их крепления, обеспечения защиты при транспортировке и эксплуатации. Статья посвящена разбору существующих технологий для защиты светодиодных LED экранов для внутреннего применения от внешних воздействий.



Для создания светодиодных экранов с малым шагом пикселя для внутренних помещений используют технологию поверхностного монтажа SMD3in1. Последнее время речь идет о применении технологии COB выращивания светодиода непосредственно на плате. Технология поверхностного монтажа SMD3in1 получила массовое применение благодаря сбалансированным показателям технических характеристик — однородности цвета, насыщенности, углу обзора, потреблению питания, удобному способу обслуживания и другим. COB при всех плюсах, имеет достаточное количество минусов, что затрудняет массовое производство, поэтому эра больших светодиодных экранов по технологии выращивания кристаллов непосредственно на плате еще не наступила.

В связи с тем, что производители с каждым годом уменьшают шаг пикселя, добиваясь большего разрешения при меньшем физическом размере экрана, появляется множество проблем, связанных с перегревом экрана, а значит, выгоранием светодиодов, отрывающимися светодиодами из-за маленькой площадки припоя при транспортировке и монтаже, проблем с окислением контактов, попаданием влаги, пыли и так далее.

Соответственно, требуется некоторая защита экранов для продления срока службы как самих светодиодов, так и комплектующих при транспортировке и эксплуатации, в особенности, с малым шагом пикселя. С другой стороны, существуют сферы, в которых применение защитного покрытия обязательно для обеспечения небольшой, но антивандальной защиты.

Суммарно – существуют несколько направлений по защите от физического внешнего воздействия. В данной статье будут рассмотрены основные технологические способы, связанные с изменением технических характеристик через нанесение специальных защитных слоев или изменение технологии производства и крепления светодиодов к печатной плате.



SMD – Surface Mounted Device


Отработанная технология, на основе которой производится 95% светодиодных экранов.

Структура светодиода SMD, помещенного в пластиковый или керамический корпус белого/черного цвета, в разрезе имеет следующий вид.

Учитывая тот факт, что практически все экраны до недавнего времени производились и до сих пор производятся по данной технологии – она имеет как свои плюсы, так и некоторые минусы.
Плюсы Минусы
  • однородность цвета;
  • создание экранов с малым шагом пикселя: 0,6-0,9мм;
  • большой угол обзора: 140°-160°;
  • отработанная простая технология обслуживания и ремонта.
  • светодиоды легко повреждаются при транспортировке за счет малой площадки припоя (чаще касается маленького шага <1мм)
  • деформация и видимый «отход» пластмассовых масок за счет нагрева и охлаждения;
  • нет защиты при работе во влажной среде.
Но так как технология SMD позволяет создавать экраны с равномерной однородностью цвета, уравновешенными характеристиками по потреблению, яркости, насыщенности цвета и возможностью создания экранов с шагом менее одного миллиметра: 0,6-0,9мм – производители разрабатывают различные способы защиты данных экранов от внешних воздействий и продления «жизни» светодиодам.

В итоге, на сегодняшний день, существуют две основные технологии производства светодиодов (светодиодных экранов) для внутренних помещений: SMD3in1 и, набирающая обороты, COB. SMD3in1 имеет варианты исполнения IMD4in1, а также в дополнение покрытие специальными составами – технологию AOB и GOB. Дополнительно модули светодиодных экранов на производстве могут покрывать нанопокрытием – “vacuum coating”.

IMD 4 in 1



Данная технология, которая также часто называется mini-LED, также была подробно описана в предыдущей статье. Она позволяет обеспечить защиту светодиодного экрана за счет использования группы из 4-х светодиодов SMD3in1, имея при этом увеличенную «подушку» припоя, тем самым повышая свойства «сцепления» светодиодов на площадке печатной платы, а также упрощая обслуживание светодиодных модулей.

Одна площадка – четыре пикселя, а шаг определяется средним значением. Так как расстояние между светодиодами на одной площадке и на соседних площадках – разное. Разница микроскопическая, но она есть.

Стандартная «интенсивность пайки» SMD составляет порядка 1-1,5 кг на отрыв, а IMD 4in1 увеличивает этот показатель до порядка 4,5кг.


Важный момент – что поверхность светодиодов «шершавая, матовая», именно не «зеркальная» это сделано специально для того, чтобы защитить экран от переотражения лучей и добиться высокой контрастности.

AOB и GOB технологии


Данные технологии строятся на основе добавления специальных клеевых составов для защиты светодиодного полотна.

AOB – Adhesive on Board


Технология построена на заливке специальным клеевым составом только «ножек» светодиодов, то есть выводов. Таким образом, технология заливки позволяет повысить степень защиты от окисления контактов, а также увеличивает коэффициент «сцепления» диодов с платой. И после покрывается защитным прозрачным слоем. Защитный слой – это полимерный материал, наносящийся по нано-технологии (схож с vacuum coating).

Экран, собранный по технологии SMD, дополнительно приобретает защиту от попадания влаги, а также от легких повреждений и царапин, которые экран может получить при транспортировке и монтаже.

Данная технология имеет следующую структуру.

В итоге получается достаточно крепкая структура, обладающая следующими особенностями.
Плюсы Минусы
  • защита от механических повреждений путем применения специального клеевого состава и последующего защитного слоя. Клеевой состав имеет похожие свойства, что и паяльная паста, он повышает прочность контакта между светодиодом и печатной платой. Стандартная «интенсивность пайки» составляет порядка 1 кг на отрыв, в то время как применение технологии AOB увеличивает этот показатель до 6 кг;
  • второй прозрачный защитный слой позволяет противостоять царапинам на поверхности экрана;
  • применение прозрачного защитного слоя эквивалентно применению линзы на верхней части светодиода (производители заявляют, что это свойство позволяет увеличить угол обзора до 170° с обычных 140°-160°).
  • герметизирующая клеевая смесь со временем может «отходить», а нанесенный прозрачный защитный слой будет немного изменять цвет, за счет преломления лучей диода (как следствие, возможно это будет создавать проблемы с восприятием изображения.)
  • при замене светодиода – будет оставаться видимый след, так как структура становится неоднородной. (Возможно, это смогут исправить за счет снятия/нанесения клеевого или поверхностного защитного слоя);
  • герметизирующий слой ухудшает тепловыделение.

GOB – Glue on Board



Данная технология напоминает COB, только для создания светодиодов используется технология поверхностного монтажа SMD, а после размещения светодиодов на платах – сами модули покрывают специальным клеевым составом с последующим прозрачным защитным слоем.
Технология покрытия схожа с AOB, однако в данном случае – вся поверхность покрывается защитным слоем, как на рисунке ниже.

P.S. Исходя из названия Glue-on-Board получается, что пространство между светодиодами заполнено неким клеевым составом. Практически все источники в интернете говорят, что GOB строится по аналогии с AOB, только защитный слой заполняет все пространство между светодиодами, делая поверхность гладкой, в то время как AOB покрывает только «ножки». Разбираясь с данными технологиями и общаясь с представителями производителей, можно прийти к выводу, что GOB покрывается не клеевым составом (как в AOB), а именно эпоксидной смолой (часто называемой компаундом), а после наносится прозрачный защитный слой по нано-технологии.


Модули, покрытые таким образом – клеевым и защитным прозрачным слоями, по технологии AOB и GOB, увеличивают защиту экрана от механических повреждений, попадания влаги и пыли. Эта защита не означает, что экраны можно использовать на улице, они предусмотрены только для внутренних помещений.

Подводя итоги технологии GOB, получаем следующие особенности.
Плюсы Минусы
  • обеспечивает защиту отрыва светодиодов;
  • защита от механических повреждений, влаги, пыли;
  • при правильном подборе составов — не сильно уменьшают яркость светодиодов;
  • при правильном подборе составов – способствуют рассеиванию тепла;
  • за счет «плотной» компоновки – продлевают жизнь светодиодов.
  • ремонтопригодность хуже. С одной стороны – выгорание светодиодов появляется реже, но при замене необходимо будет менять модуль целиком (замена светодиодов пока возможна только на заводе);
  • отсутствие заливки между модулями приводит к видимым стыкам;
  • появляются блики от яркого источника света.
В сравнении две технологии выглядят следующим образом:


Нанопокрытие или специальная маска


Технология, называемая “vacuum coating” – процесс, использующий вакуумную технологию для создания среды с определенным давлением (ниже атмосферного) для нанесения тонких пленок и покрытий путем осаждения атомного или молекулярного источника конденсируемых паров (газа).

Данная технология может применяться совместно с любыми технологиями светодиодных экранов, обеспечивая защиту не только диодов, но и электронных компонентов.

Источники применяемых покрытий могут быть изготовлены из множества различных материалов: от металлов до оксидов и соединений, каждый из которых обладает различными свойствами. Например, нанесенная пленка может обладать химической стойкостью к образованию коррозии, появлению царапин, обладать высокой теплопроводностью и удельным электрическим сопротивлением, что в совокупности сохраняет и продлевает «жизнь» как самим светодиодам, так и микроэлектронике. Данное покрытие не видимо человеческому глазу, но в то же время защищает элементы микросхемы.

COB


Про технологию COB в большей мере написано в предыдущей статье. Если кратко – то данная технология должна в будущем заменить широко применяемые технологии SMD3in1 и IMD4in1 поверхностного монтажа. Имеет несколько вариантов создания светодиодов – но все они сводятся к выращиванию диодов непосредственно на плате. Ученые предполагают, что данная технология позволит полностью отказаться от контактов из золота (на данный момент применяются сплавы из золота или других металлов, золото увеличивает стоимость светодиодов и экрана в целом в несколько раз, по сравнению с применением сплавов других металлов). Визуально — при работе экрана разница незаметна, лишь спустя несколько лет эксплуатации эта разница станет заметной.

Применяя COB, можно получить следующие особенности.
Плюсы Минусы
  • защита светодиодов, благодаря выращиванию непосредственно на плате и дополнительной заливке компаундом (аналогична GOB);
  • лучшие технические характеристики (яркость, цветность).
  • стоимость производства, сложность производства;
  • сложность достижения однородности цвета между модулями;
На данный момент (первая половина 2020 года) малое количество компаний-производителей начинают применять эту технологию для производства светодиодных экранов. А пока технология не наберет массовость, не упадет цена, и не будут исправлены технологические трудности. Но когда трудности будут преодолены – возможно, технология COB станет одной из лучших в классе светодиодных экранов с очень малым шагом пикселя. Но пока неизвестно, когда это будущее наступит.

Пока технология COB находится на ранней стадии развития, производители продолжают совершенствовать технологии поверхностного монтажа светодиодов SMD3in1 и IMD4in1, применяя различные способы защиты непосредственно самих светодиодов путем полной или частичной заливки специальным составом – компаундом.