Signos de información electrónica y equipos de sonido e iluminación dinámicos sirvieron como prototipos para las primeras pantallas digitales. Inicialmente todos estaban basados ​​en lámparas incandescentes. El principal defecto de las lámparas era su corta vida útil, hasta 500 horas. Después de 500 horas de funcionamiento continuo, el 50% de las lámparas podrían fallar y necesitar un reemplazo.

 

Las condiciones de trabajo en las pantallas digitales son las más desfavorables para las lámparas: un modo constante de “encendido-apagado”. Para prolongar la vida de las lámparas se inventó un método simple: reducir la tensión de alimentación. Las lámparas ahora funcionaron más tiempo, pero surgió otro problema: con menor potencia, el espectro visible se desplazó a la zona roja. En una pantalla monocromática, esto podría ignorarse fácilmente, pero creaba graves problemas para las pantallas multicolores y a todo color.

Para activar una pantalla de lámpara en una instalación multicolor era bastante fácil: lámparas blancas estándar fueron pintados ya sea en rojo, verde, azul y azul claro o colocado detrás de los filtros de color. Filtros de luz absorbida en gran parte de la radiación de luz y para mantener el brillo de la pantalla fue necesario colocar un reflector detrás de la lámpara. La calidad de los colores, el balance de blancos y el brillo de la pantalla depende totalmente de la calidad de lightfilters y reflectores, su posicionamiento preciso. Naturalmente, este tipo de sistemas son complejos en la fabricación y montaje, voluminosos y caros.

Otra deficiencia grave de lámparas incandescentes fue su alto consumo de energía. Por ejemplo, las pantallas típicas, con tres pitch pulgadas (76.2 mm) utilizan lámparas para la industria automovilística 1250X (Uwork = 13.5V, iconos = 0.37А, hora 500 vida útil). Un píxel contiene 4 dichas lámparas.

A la tensión 12V un píxel consume 16W, y un metro cuadrado de tales pantalla consume casi 3kW de la energía. Por lo tanto, una parte relativamente pequeña pantalla con 112x84 píxeles y área de imagen de 54.5 metros cuadrados se convirtió en una planta de energía de gran alcance con un consumo de potencia máxima (pico blanco) de 165kW.

Esto tuvo algunos efectos peculiares: en invierno la nieve delante de la pantalla de lámparas se derritió y se volvió a la lluvia, mientras que en verano tales pantallas sobrecalentado. Un sistema de ventilación o aire acondicionado potente era necesaria para mantener el funcionamiento normal de la pantalla. Este aumento de consumo de energía aún más (casi 1 / 3 del consumo de energía pantalla). Sistema de ventillation requiere chequeos y limpiezas regulares. Los costes de mantenimiento de pantalla fueron así astronómico.

A pesar del alto consumo de energía, el brillo total en las pantallas de la lámpara era insuficiente para el funcionamiento durante el día, sobre 2500 liendres. Para aumentar el brillo mediante la colocación de lámparas era impráctico más juntos: cualquier aumento en la resolución de plomo al aumento en el consumo de energía y problemas significativos con la disipación de calor.

Otro problema grave de las pantallas de las lámparas era el peligro de incendio. Con un alto consumo de energía y una alta emisión de calor, altas corrientes y ventiladores potentes, componentes de plástico y kilómetros de cable, la probabilidad de incendio era tangible. Varios medios de prevención de incendios condujeron a una menor confiabilidad de la pantalla y mayores costos de producción. En esta etapa del desarrollo tecnológico, convertir las pantallas de lámparas digitales en un producto masivo y comercialmente atractivo era imposible.

Fabricantes de la pantalla se interesaron en LEDs como potencial de sustitución de lámparas incandescentes. Inicialmente, comenzaron a experimentar con monocromo o bicolor muestra mediante la combinación de LED rojo y verde. Nueva emisión de luz elementos permitidos para reducir significativamente el consumo de energía, aumentar el brillo y la fiabilidad.

Primero pantallas LED fueron creados como una simple sustitución de pantallas de lámparas. Estructuralmente se basaban en racimos ampliamente utilizados en carteles informativos. Un clúster es una unidad que incluye LEDs (en diversas combinaciones), marco (caja) y cables de conexión. Esta estructura es conveniente en el mantenimiento y permite una fácil sustitución de un clúster con errores. Aunque los fabricantes garantizan una larga vida útil de los LED individuales (50 000 horas, a veces incluso horas 100 000) en realidad pocos fabricantes llegaron a tales parámetros excelentes. Entre esos pocos son Nichia, Toyoda Gosei, HP / Agilent, Cotco / Cree. Los clusters son una etapa intermedia, se necesitaba alguna otra solución tecnológica.

El primer LED azul de alto brillo se demostró por Shuji Nakamura de Nichia Corporation en 1990. Por 1993 LEDs azules fueron producidos en masa y disponible para el mercado. Diez años más tarde, en 2002, Nichia fue un líder mundial en la fabricación de LED y 60% de su producción se LEDs azules. Los precios se estabilizaron y la fabricación de pantallas LED a todo color se convirtió en viable.

Primero pantallas LED tienen relativamente baja resolución. Típicos píxeles lámpara de 76.1 mm (3 pulgadas) fueron reemplazados por pixel LED de 38.1 mm (1.5 pulgadas). Para mantener o incluso aumentar el brillo (mientras se mantiene el balance de blancos) del área de la imagen que era necesario organizar un grupo de varios LEDs, por ejemplo, 4 rojo, 4 verde, azul 2. Este píxel consumió cerca 1W o tiempos 16 menos de energía que un píxel lámpara similar. Por lo tanto, una pantalla con tiempos 2 una resolución más alta proporcionará una imagen mucho mejor y tiene 4 veces menor consumo de energía. Más en realidad, ya no era necesario ya que el sistema de ventilación.

Aunque es un paso adelante en comparación con las pantallas de lámparas, pantallas LED en base a grupos tenían algunas deficiencias graves: demasiados conectores fiabilidad del sistema reducido, gran número de pequeños componentes como resultado un aumento de costos y el tiempo de montaje más tiempo.

La tarea de mayor confiabilidad y menor costo se resolvió mediante la colocación de gran número de LEDs en un módulo (64, 128, 256 y otras opciones). Cualquier componente fallido en un módulo (LED, componente pasivo, o el controlador) de reemplazo necesario de un módulo completo. Esto fue especialmente cierto en relación a las pantallas al aire libre: módulos tuvieron que ser protegidos contra la lluvia y la nieve por el compuesto que sella herméticamente el PCB.

A medida que los píxeles se hicieron más pequeños y se colocaron más ajustados en una PCB, la composición de los píxeles cambió drásticamente: de un grupo de 7-12 LED a 2 píxeles básicos de 2RGB (1 rojos, 1 verde, XNUMX azul) y más tarde, a RGB .

El uso de LEDs permite alejarse de un sistema 12V (pantallas de lámparas) a 5V. Este cambio también dio lugar a un menor consumo de energía y una mejor disipación del calor. 2RGB o RGB píxel consume aproximadamente 0.3W, todo el metro cuadrado de una pantalla basada en un tamaño de píxel 19 mm populares consumido 839 W en el pico de blanco. Una pantalla de metros 6x4 con la resolución 320х240 consume solamente 20kW (una reducción drástica en comparación con las pantallas de lámparas).

A medida que el píxel crecer físicamente más pequeños, se hizo más inteligentes: los desarrolladores de pantallas LED comenzaron a utilizar diversas técnicas de brillo y realce resolución. Nuestra revista publicó artículos sobre pixel virtual o dinámico

En algún punto de la miniaturización de píxeles se detuvo debido al cuello de botella técnico. Mm 5 estándar LEDs DIP ovalados utilizados para formar un píxel RGB no se podrían colocar más apretado juntos: se necesitaba algún lugar libre en el tablero para otros componentes electrónicos y conectores. Una solución intermedia fue utilizar LEDs 3 mm pero estos más tarde fueron rechazados debido a la baja estabilidad.

Toda esperanza futura para cambiar pixel LED se concentró en un LED SMD (montaje superficial). SMD LED Una vez inventados estaban destinados sólo para aplicaciones en interiores, ya que la humedad afecta negativamente a su funcionamiento.

Diferentes SMD LED se probaron: LED de un solo color, LED de tamaño grandes y pequeños. Pero la opción más prometedora de 3-en-1 SMD LED se convirtió en el más popular. En la actualidad, el tamaño físico de un LED SMD está limitada por los procesos tecnológicos de máquinas de montaje de superficie a 4 mm.

Una de las principales deficiencias de los LED SMD fue el mal contraste. La pantalla SMD completamente apagada se ve blanquecina debido al fondo blanco de los chips LED. Los esfuerzos de los desarrolladores se centraron en resolver el problema del contraste y, finalmente, la solución apareció en el mercado en forma del llamado SMD de cara negra.

Paralelamente a SMD, otra tecnología de pantalla cubierta estaba desarrollando - matriz de puntos. Chips de LED están dispuestos en matriz 8x8: un enfoque minimalista que ofrece una solución económica. Al igual que con LEDs SMD estándar la principal deficiencia de la tecnología de matriz de puntos es el fondo blanquecino y poco contraste. Mientras que el fondo blanco sirve como un reflector y aumenta el brillo de la pantalla, que conduce a la mala calidad de la imagen en niveles bajos de brillo.

Cuadros comparativos de consumo de energía en el píxel en evolución

Como vemos, en menos de 20 años de píxeles cambiado y modificado de manera significativa. Obviamente, este no es el final de la carretera; Probablemente, sólo el comienzo de la historia de píxeles. Pero cualquiera que sea el caso, tenemos que conocer bien esta historia.