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LED显示屏「P10/P16室外全彩显示屏」架构最佳解决方案

发布日期:2017-03-01


  帮助包括微软(Microsoft Inc.,)等全球企业,建立固定销售流程的基思.M.伊迪斯(Keith M.Eades),于「新解决方案销售(The New Solution Selling)」一书提到,将消费者的购买行为分成三个阶段,分别为阶段1:确定需求;阶段2:评估方案;阶段3:风险评估(如图一)。

 

  图一、消费者关心什么?

  消费者在初期阶段1时最首先关注的是自己的「需求」,次要的是为了满足「需求」能负担多少的「成本」,接着再去寻找「解决方案」,最后考虑的才是「风险」。然而随着购买行为愈近尾声,消费者对「风险」的关注地位则日益增加,从初期的最不关注,到后期变成了关注首位。

  上述充份提供所有企业建立「品牌」存在的根本价值:「质量」,「质量」的根本源自「设计架构」以及「材料」。对「质量」的坚持随着长时间的积累,即在消费者心中形成了「信赖」,当「信赖」变成了多数消费者的共识时,就成了「品牌」。对企业如此,对个人亦是。

  然而随着LED显示屏行业的勃发,消息者又该如何评估产品「风险」?

 

  图二、LED显示屏模块-灯驱分离-正面且未上防水胶、面罩

  「LED显示屏」是以「LED显示屏模块」为一最小单位所组成。所以可以从「LED显示屏模块」来进行分析。

  一、电子架构:「灯驱分离」或「灯驱合一」

  l灯驱分离:

  上图(图二)为「LED显示屏模块」正面且未上防水胶、面罩,从上图我们可以认识到正面除了「LED灯」之外并未有其它电子组件。

 

  图三、LED显示屏模块-灯驱分离-反面

  上图(图三)为「LED显示屏模块」反面,图示中有上下二层PCB板,下层即为图二「LED灯」PCB板的背面,上层为「电子驱动组件PCB层」,此层主要为包括「LED恒流驱动芯片」在内的主动组件及其它电阻、电容等被动组件。

  上层「电子驱动组件PCB层」之「LED恒流驱动芯片」输出之电流,经由「排针」进行电子讯号连接,将电流传输至下层「LED灯」。我们称此种模块架构为「灯离分离」架构。

  此架构为现行户外Pitch 10(LED灯与LED灯间距10mm)的LED显示屏中的主流设计,然而此种「灯离分离」架构存在以下「风险」:

  1.「排针」:「排针」质量在此架构中,处于电子讯号连接的关键地位,但是市场上存在为了压低生产成本,所以「排针」的质量陆续从先前的「金排针」改成「银排针」,再改成「铜排针」,到最后的「鐡排针」。这一过程使得「排针」容易出现空焊的情况,质量不佳的「排针」易生锈,造成阻抗过高,讯号传导效果变差,进而成为LED显示屏故障率最高的零件之一。

  2.「电感」:如前述,上层「电子驱动组件PCB层」之「LED恒流驱动芯片」输出之电流,经由「排针」进行电子讯号连接,将电流传输至下层「LED灯」,此一电流路径过长,会形成较严重的「寄生电容、寄生电感」,经由长时间的日积月累,容易造成LED灯出现亮暗不均的花屏现象。

  3.「不可靠」:如图三所示,上下层之间存在一空间,这一空间容易积累小昆虫、灰尘、雨水等外来物,进而对排针与电子组件造成腐蚀,使得产品可靠度降低。

  上述三个「风险」都是直接影响「消费者」。

  当然此一架构也存在优点,即当上层「电子驱动组件PCB层」板以及下层「LED灯」板中之电子组件以及LED灯分别出现故障时,可分别进行更换,可降低维修成本,其中上层「电子驱动组件PCB层」之「LED恒流驱动芯片」损坏时,也易于维修。从前述,可以发现「灯离分离」架构带来的优势并不是对「消费者」的优势,而是对「销售维修」便利性产生的优势。

  l灯驱合一:

 

  图四、灯驱合一:LED显示屏模块-灯驱合一-正面

  不同于前述架构,有另一新设计为「灯驱合一」架构。此架构特色是将「电子驱动组件PCB层」中包括「LED恒流驱动芯片」在内的主动电子组件与「LED灯」板放在同一PCB层之中,如上图(图四)。

 

  图五、灯驱合一:LED显示屏模块-灯驱合一-正面– 加上防水胶及面罩

  如图五所示,接着再对「LED恒流驱动芯片」与「LED灯」加上防水胶及面罩,对「LED恒流驱动芯片」与「LED灯」进行很完全且有效的保护。

 

  图六、灯驱合一:LED显示屏模块-灯驱合一-反面

  如图六所示,「灯驱合一」架构模块,反面裸露在外的电子组件就尽剩被动电子组件电容。

  综合上述我们可以归纳出,「灯驱合一」架构相较「灯驱分离」架构存在以下「优点」:

  1.「无排针」:无需「排针」的架构设计。不必担心LED显示屏,因质量「排针」质量不佳,进而故障。

  2.「电感低」:「LED恒流驱动芯片」与「LED灯」间的电流路径大幅度缩短, LED显示屏经日积月累的使用后,不易因「寄生电容、寄生电感」,而使LED灯出现亮暗不均的花屏现象。

  3.「高可靠」:如图五所示,「LED恒流驱动芯片」与「LED灯」加上防水胶及面罩之保护,不易受小昆虫、灰尘、雨水等外来物影响,产品更为可靠度。

  二、最适用「灯驱合一」架构之「LED恒流驱动芯片」

  如图五所示,「LED恒流驱动芯片」加上防水胶及面罩,对「LED恒流驱动芯片」的「质量」要求很高,因为一旦加上防水胶后,「LED恒流驱动芯片」才出现故障那么后续的维修就很麻烦,造成未受其利先蒙其害之苦。纯华刚科锐光电全球创新推出之mSSOP(GM)迷你窄体封装即是针对「灯驱合一」架构推出之「LED恒流驱动芯片」。可以从以下六个方面进行分析:

  1.「芯片体积」:传统SSOP(GP)封装体积过大,在户外Pitch 10(LED灯与LED灯间距10mm)的LED显示屏模块无法实现「灯驱合一」架构。mSSOP(GM)迷你窄体封装体积相较于SSOP(GP)封装体积大幅减少了37%(如下图)。「LED恒流驱动芯片」与「LED灯」可以共同一PCB板,让「灯驱合一」架构得以实现。

  图七、mSSOP(GM)迷你窄体封装-体积

  「芯片效能」:在芯片效能方更,以采用纯华刚科锐光电mSSOP(GM)迷你窄体封装之产品HG5120为例,其在电流精准度的表现,与原纯华刚科锐光电采用SSOP(GP)封装之效能相同,均优于市场竞争对手(如下图八)。

  「芯片质量」:此封装设计虽然是纯华刚科锐光电创新设计,以HG5120为例,在ESD 静电防护能力:机械模式(MM)达到400V电压、人体模式(HBM) 达到3500V电压,均高于商用芯片保护等级规范之200V电压及2000V电压。且mSSOP(GM)迷你窄体封装的质量均符合JEDEC JESD51、JEDEC J-STD-020C国际规范。

  不同于另一封装设计-QFN封装,然而此封装过去应用于电视、移动电话市场为主,因其封装本身较不耐压/耐摔,所以当应用于LED显示屏渠道模块市场,时常出现在工厂测试没问题,一旦经陆上物流发货至各省渠道时,就出问产品质量问题。纯华刚科锐光电之创新封装mSSOP(GM)迷你窄体封装提供与SSOP(GP)相同等级之耐压/耐摔防护(如下图九所示)。

 

  图八、mSSOP(GM)迷你窄体封装-改善QFN的缺点

  「芯片散热」:因应封装小型化,封装体内的花架尺寸也对应缩小,而产生小型化封装在散热上的挑战,对此mSSOP(GM)迷你窄体封装特别将芯片直接绑定在花架上,并藉由Pin1, GND,直接延伸到封装外,便于经由PCB板的铜箔迅速导热,使得mSSOP(GM)迷你窄体封装能达到不亚于SSOP(GP)封装的散热效果(如下图十所示)。

 

  图九、mSSOP(GM)迷你窄体封装-散热解决方案

  经纯华刚科锐光电将不同模块放入环温70度之烤箱中,经168小时烧考实验结果得知,灯驱合一驱动芯片表面温度尽较灯驱分离约增加2度(如下图十一所示)。

 

  5.「芯片防伪」:纯华刚科锐光电平均每月均会收到来自终端客户,要求聚积协助辨识其购买之LED显示屏是否为纯华刚科锐光电之产品,此要求多数来自「模块」市场之客户,由于mSSOP(GM)迷你窄体封装为纯华刚科锐光电全球唯一使用之创新封装,且mSSOP(GM)迷你窄体封装体积较SSOP(GP)小37%,终端客户可轻易使用肉眼分辨其购买之LED显示屏是否为聚积之产品,除此之外凡购买纯华刚科锐光电mSSOP(GM)迷你窄体封装之客户,纯华刚科锐光电均会提供一防伪辨识贴纸,更有助于终端客户识别(如下图十二所示)。

  综合以上所述,「灯驱合一」架构以及最适用于「灯驱合一」架构之「LED恒流驱动芯片」mSSOP(GM)迷你窄体封装会成为LED显示屏市场之主流设计方案。

  因此纯华刚科锐光电未来全系列产品,包括基本开关型加预充电HG5124,低功耗S-PWM的HG5045,及低电流支持多行扫S-PWM的HG515X系列等等皆同时采用mSSOP(GM)迷你窄体封装。这也显示了纯华刚科锐光电持续不断的为LED显示屏市场进行研发创新,为市场及客户带来更高的附加价值有着坚定不移的信念。

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