Voorlopige oplossing voor het ‘mozaïek’ verschijnsel bij LED schermen

2. Oorzaken bij LED toepassingen

De wijze waarop ledlampen gebruikt worden is een grote zorg voor de fabrikanten van LED videowalls. Zij richten zich vooral daar op en ook is het een belangrijk aandachtspunt voor hun technici, management,  productieafdeling en marketing.

Bij de toepassingen voor LED’s is het van belang dat er uniformiteit is bij  selectie van LED’s, het bepalen van de hoek, de correctie van de buisrichting en bij het kalibreren en ontwerp van de kit, het cabinet en de uiterlijke structuur van het display.  

1. De keuze van de LED lamp
   Belangrijk is hetzelfde merk, model en klasse LED lamp te kiezen. Hoe beter de consistentie hoe hoger de prijs. Belangrijk is allereerst een lamp te kiezen met een goede consistente hoek.
2. Keuze van de LED – hoek LED lichtcorrectie
   Kies voor een grote hoek, met name in verticale richting. De keuze van de hoek wordt gewoonlijk bepaald door het gebruik van het LED display en de eisen die dat stelt aan de hoek. Bij een kleine hoek is de helderheid relatief hoog. Sommige leveranciers verkleinen daarom, om aan de gewenste helderheid te voldoen, de horizontale of verticale hoek bij de productie. Ze kiezen dan een LED hoek overeenkomstig de situatie bij het gebruik, bijvoorbeeld voor een verkeersinformatiebord een kleine horizontale hoek, maar een grote verticale hoek.Bij plaatsing op een plein, waarbij van grote afstand wordt gekeken wordt weer een grote horizontale hoek geselecteerd en een kleine verticale hoek. Als de situatie vergelijkbaar is met ‘over de rivier kijken’ kan men zowel kiezen voor een kleine horizontale als verticale hoek. Is er weer sprake van een grote hoogte en een kleine kijkafstand dan kan weer betere gekozen worden voor ronde buizen met een grote hoek of SMD-lampen.
3. LED lichtcorrectie
   Nadat de lamp en de lamphoek zijn bepaald moet LED lichtcorrectie ervoor zorgen dat de LED lamp en het schermoppervlak verticaal een geschikte hoek hebben. Hiervoor moet men de nodige maatregelen nemen voor, tijdens en na het solderen. Voor het solderen moeten de led-tubes gemengd worden en op de juiste plaats op de printplaat worden geplaatst (figuur 6). De LED’s mogen niet te los gesoldeerd worden, i.v.m. uitvallen. Na het solderen moet de printplaat in de module worden geplaatst en daar bevestigd orden. Het is belangrijk de lampen niet aan te raken en te controleren of de hoek voldoet aan de eisen voordat de module wordt geplaatst.
4. Ontwerp van de kits
   Met kits bedoelen we de verschillende modules van de videowall, inclusief  de bodemplaat en masker. De bodemplaat moet vlak, sterk en duurzaam zijn. De kostprijs voor kunststof behuizingen van pc’s staat onder druk en dit zal ook doorwerken naar de LED displaymarkt, maar dit mag niet ten koste gaan van bepaalde cruciale karakteristieken, zoals vlakheid. Vereist is een vlakheid van minder dan 1:200 voor de reeds genoemde redenen. We moeten dus strikt lette op de plaatsing van de printplaat op de bodemplaat, staat deze wel vlak, hoe wordt de module bevestigd, wat is de invloed van de schroeven waarmee het wordt bevestigd en de isolatie om het waterdicht te maken, enzovoort? Veel oneffenheden daarin kunnen leiden tot het mozaïekverschijnsel.
   Het masker moet nauw aansluiten op de led-buis en speelt ook een rol bij de bevestiging. Van zichzelf moet het over een zekere kracht beschikken en moet het de lamp beschermen. Maar ook optisch moet het goed zijn ontworpen en moet het de breking van het zonlicht tot een minimum beperken, het contrast verhogen. Daarnaast moet het de nodige bescherming bieden tegen zonlicht en ander licht. Bijvoorbeeld op het scherm mag het licht van de afzonderlijke lampen elkaar niet beïnvloeden en ook moet het bescherming bieden tegen verhitting door de lampen zelf en onder invloed van zonlicht.

   Een ‘wel ontworpen kit’ wil zeggen dat bij het ontwerpen van de kit de hiervoor genoemde factoren moeten worden meegenomen zodat de kit voldoet aan de eisen van de lamp en het scherm. Bij gebruik van ‘vrij op de markt verkrijgbare ‘modules is de mismatch tussen lamp en modulemasker een serieus probleem. Vrij verkrijgbare modules moeten geschikt zijn voor allerlei soorten LED buizen en groot genoeg zijn, maar ze leiden al gauw tot een ‘scheef’ resultaat bij gebruik. Incidenteel hoeft het probleem zich niet voor te doen maar meestal wordt er te weinig acht geslagen op de vereisten van de behuizing.

   Als goed rekening wordt gehouden met hoe het scherm gebruikt wordt, kan men daar speciaal de modules voor ontwerpen. Dit levert in de praktijk succesverhalen op zoals de de videowall van het Beijing Pangu Building ontworpen door Kang Jia. Dit modulepaneel is een voorbeeld van een toegewijd projectontwerp.

5. Modulelijm
   De LED displaymodules die bedoeld zijn voor gebruik in de open lucht moeten voorzien zijn van een waterdichte afdichting. Dit wordt meestal bereikt door ze te voorzien van een isolerende, zwarte film waarvan het oppervlak de helderheid beïnvloedt en bij oneffenheden ook bijdraagt aan het mozaïekeffect. Een typische foutwaarde voor het hechtende oppervlak is minder dan 0,3 mm, maar beter is nog een duizendste.
   In de structuur van de module zoals getoond in figuur 7 worden alle metalen onderdelen de hechtende lijmlaag afgedekt. De lijmlaag mag niet boven de ‘pilaar’ van de module uitkomen (ook wel aangeduid als de afdekkolom). De afstand van de rubberen bovenkant van de kolom tot de afdekking mag niet meer dan 0,3 mm bedragen.
6. Ontwerp en productie van de kast
   De kast moet eveneens voldoen aan de eisen met de betrekking tot vlakheid. De voorkant van de doos moet parallel bevestigd worden met het oppervlak zodat de cabinet van het display na bevestiging een vlakheid heeft beter dan vijf duizendste.
   Meestal wordt voor de behuizing plaatstaal gebruik, koud geroldstaal of aluminium. Om aan de eisen te kunnen voldoen moet men er ook zeker van zijn dat de kast niet vervormd bij gebruik. Het ontwerp van het cabinet is daarom een belangrijk aandachtspunt. Tussen de modules moet het uitgevoerd zijn met ribben, die kruiselings zijn bevestigd (figuur 8). De breedte W moet groter zijn dan 15 mm, de hoogte kan verschillen met de lengte van de ribbe (zie tabel 1). De gegevens van tabel 1 zijn afkomstig van structuurberekeningen en praktijktesten.

   Ieder contactpunt moet goed gesoldeerd zijn, met 3 contactpunten op ieder raakvlak aan beide kanten (in totaal levert dit 36 laspunten op waarvan geen een mag ontbreken). De staven en lasdelen van ieder paneel moeten op minimaal drie plaatsen zijn bevestigd.
   Door de bovengenoemde versterking is met er zeker van dat men de last van een 100 kg zwaar cabinet kan dragen op een oppervlak van 300 × 300mm zonder dat de constructie vervormd. Een plaatstalen cabinet is meestal ontworpen zonder ribben en moet het hebben van de kracht van het materiaal. Wat betreft de buitenkant van de structuur moet er bij de installatie op  gelet worden dat het cabinet niet laag over laag wordt geplaatst.

7. Ontwerp van de stroomvoeding Installatie van de module
   Een laagspanningsvoeding moet er voor zorgen dat een cabinet van het display voorzien wordt van een constante LED stroom met de vereiste elektrische kenmerken. De meeste constante stroom driver chips zijn bedoeld voor een fullcolour display. Een karakteristiek van de constante stroom driver chip is de stabiele en effectieve controle, die het mogelijk maken zich snel aan te passen aan de belasting. Voor een bepaalde constante stroom chip is bij verschillende stroomsterktes een andere voltage nodig: als de output stroom van de controlechip 20mA bedraagt dan moet de VDS groter zijn dan 0,5V, bij 30mA meer dan 0,7V. Veranderingen in de belasting en de stroomvoeding kunnen ervoor zorgen dat de chip in een bepaald gebied minder stroom doorgeeft. Bijvoorbeeld, wanneer twee rode fullcolour tubes in tandem worden gebruikt, bij volledige RGB helderheid, en de belasting in de draad wordt verhoogd, neemt het spanningsverlies toe. De lagere werkspanning van de voedingwordt door de constante stroom driverchip aan een bepaald gebied doorgegeven wat zich vertaalt in een verlies aan helderheid en kleur. Verschillende chips hebben verschillende specificaties. Belangrijk is dus de juiste chip voor de juiste toepassing te gebruiken om dit soort problemen te voorkomen.

   Indien de bedrading in de behuizing te lang is, dan zal dit al gauw tot veel spanningsverlies leiden bij een lage spanning van 5V. Dit is niet in overeenstemming met een veilig elektriciteitsgebruik. Bijvoorbeeld bij een 2,5 mm² draad is de weerstand per meter 7,44 mΩ, en de veilige stroom ongeveer 28A, in combinatie met twee 10A modules. Neem bijvoorbeeld de situatie van een kabel van een meter met een spanningsval tussen het positieve en negatieve uiteinde van 0,3V. 4V spanning is dan nodig als de lamp in serie is geplaatst. De celplaatspanning mag dan niet minder zijn dan 4,8V. Dit is een erg lastige situatie en als de kabel nog langer is dan zal het probleem alleen maar groter zijn. De prestaties zullen minder zijn, ook als helderheid van het display geen probleem is zullen er wel kleurafwijkingen zijn.

8. Installatie van de module
   Bij de installatie moet men ervoor zorgen dat de lampmodule geen externe schokken ondervindt. De modules moeten recht bevestigd worden in het cabinet. Het is van belang hiervoor speciale gereedschappen te gebruiken. De schroef moet met een wringkragsleutel worden vastgezet. En na het installeren moet worden getest of een en ander voldoet aan de standaardvereisten.
9. Transport en verpakking van een matrixscherm
   Het transport van het display van de fabrikant naar de plaats waar het moet worden geïnstalleerd is een aspect dat vaak over het hoofd wordt gezien. De display-unit moet na de installatie in het kabinet goed verpakt worden waarbij men zich ervan verzekerd dat de doos verticaal blijft staan. De doos is belangrijk voor de bescherming en moet voorkomen dat het scherm door harde voorwerpen kan worden beschadigd. Bij het transport moet de doos in een speciaal frame worden geplaatst.

   Bij het transport moet men voorkomen dat de doos onder druk komt te staan, waardoor de doos zou kunnen vervormen. Het is in de praktijk vaak voorgekomen dat een display is de fabriek bij testen is goedgekeurd, maar dat bij installatie op de plaats van bestemming er toch defecten bleken te zijn. Onachtzaamheid bij het transport is hiervan de belangrijkste oorzaak.

10. Outside the structure design and installation
    Uiteindelijk moet het display op de plek worden geïnstalleerd op de stalen constructie die de gehele videowall moet dragen. De constructie moet zo zijn dat de modules stabiel en recht kunnen worden bevestigd. De constructie is zo ontworpen dat een enkele module niet kan zakken of vervormen en er ook geen spleten tussen de verschillende modules kunnen ontstaan. De modules worden rechtstreeks aan de stalen constructie bevestigd die het gehele gewicht zal dragen.

3. Conclusie

Samengevat, het mozaïekverschijnsel bij een LED display is een integraal probleem waarbij alle aspecten bij de productie van de lamp en het scherm een rol spelen. Het belangrijkste daarbij is dat een vlakke constructie wordt gerealiseerd. Let hier op als u een led scherm gaat kopen of leasen.