LED顯示屏結構設計研究

張京華

（深圳市銳拓顯示技術有限公司，廣東 深圳 518000）

LED顯示屏結構設計研究

張京華

（深圳市銳拓顯示技術有限公司，廣東 深圳 518000）

自20世紀80年代后期LED顯示屏誕生至今，雖然只有短短30年的時間，但是其技術的發(fā)展顯而易見，已經(jīng)成為了現(xiàn)代社會中一種非常重要的信息發(fā)布媒體手段，在廣告、交通、金融、教育等領域得到了廣泛應用。就LED顯示屏的結構設計進行了分析和研究，希望能夠為LED顯示屏的發(fā)展提供一些參考。

LED顯示屏；結構設計；散熱效果；計算機

LED屏顯系統(tǒng)集成了微電子技術、計算機技術及信息處理技術等，可以顯示文本和圖像，也可以顯示動畫和視頻，相比較傳統(tǒng)媒體形式，LED顯示屏能夠對圖像的真實色彩進行還原，且具有功耗低、壽命長、穩(wěn)定性強的特性，能夠滿足不同環(huán)境的多樣化需求。

1 LED顯示屏概述

LED顯示屏屬于一種平板顯示器，其包含了大量的LED模塊面板，可以用來顯示文字、圖像、視頻等信息。與傳統(tǒng)LCD顯示屏相比，LED具備良好的面積延展性，在條件允許的情況下可以任意延展，無縫拼接，從而保證圖像顯示的效果。同時，LED顯示屏中的LED顯像元件光通量衰減緩慢，其使用壽命較LCD屏高出3倍左右，配合互動技術，LED刷屏機可以實現(xiàn)廣告媒介與廣告受眾之間的兩性互動。

2 LED顯示屏結構設計

在對LED顯示屏結構進行設計時，需要從以下幾個方面著手。

2.1 燈珠選擇

燈珠作為LED的核心，存在許多不同類型的產(chǎn)品，其性能也各不相同，如圖1所示。

從顯示顏色上分類，LED燈珠包括了紅、綠、藍三原色和綠色、白色五種，通過紅綠藍三原色的混合，可以形成其他顏色。從形式上分類，LED燈珠包括了插針式和貼片式兩種，這里選擇最為常用的插針式燈珠。

圖1 LED燈珠

圖2 燈殼三維圖

2.2 外觀設計

為了保證LED顯示屏的美觀性，需要做好相應的外觀設計，必須在充分保證產(chǎn)品功能的基礎上，對顯示屏的寬度進行合理把握，減少受風面積和雪荷載等的影響。對于安裝在室外的大型LED顯示屏，還需要充分考慮防水問題，提升其整體性能。

2.3 燈板結構設計

依照設計目標，從降低高度，提升防水性能的角度，對LED顯示屏進行設計。燈板采用了單層PCB板，將燈珠插針彎折90°后，焊接在PCB板上，這樣能夠極大地減小線路板的厚度，但占用空間較大，只能平行排列一排燈珠，如果顯示屏安裝區(qū)域對亮度要求較高，則這種設計不適用。但在現(xiàn)實城市中，良好的照明條件使得其可以被應用在商業(yè)建筑或者寫字樓的LED顯示屏中。對于照明條件較差的區(qū)域，可以采用雙層PCB板結構，厚度在1.6 mm，將必要的器件安裝在兩塊PCB板之間，以銅針對兩板塊進行連接，最大寬度在14 mm左右。通過這樣的設計，燈珠能夠呈雙層排列結構，亮度大大增加，同時也減小了PCB板的寬度以及燈條的厚度。

2.4 殼體結構

采用了分體式的結構形式，將其分為上、下兩部分，通過卡扣配合螺釘進行連接固定，為密封條和燈板的安裝提供便利，能夠避免誤差累積出現(xiàn)的拆裝困難現(xiàn)象。在燈條安裝時，可以同時采用所有密封條，于下殼體中進行線路安裝行，此時的上殼體發(fā)揮的僅僅是蓋板作用，在線路板和密封條安裝完成后，可以直接扣上上殼體，操作更加便捷。對燈殼結構進行三維建模，最終結果如圖2所示。

2.5 密封設計

LED顯示屏一般安裝在室外環(huán)境下，需要考慮防水性能，因此，密封設計必不可少。從提升顯示屏防水性能的角度看，不僅采用了密封燈殼，而且燈珠密封條與電線密封條采用的是獨立設計的形式，即使燈珠密封條出現(xiàn)漏水問題，也不會影響位于背部的線路部分?？梢钥紤]利用硅膠注塑開模，加工成防水造型來替代灌膠防水。從便于安裝和拆卸的角度看，如果密封條長度過長，則很容易引發(fā)誤差累積，因此，采用了分段式密封的方式，可以實現(xiàn)多層次防水。

在實際操作中，主要是將燈條劃分為多個區(qū)域，每一個區(qū)域都采用膠條密封，相互獨立，互不影響。但從實際應用效果看，這樣的防水設計并不理想，主要是裝配工藝水平達不到，在密封不嚴的情況下，一旦出現(xiàn)漏水問題，水流可能會沿電線進入到線路板中。因此，將燈條走線進行了區(qū)分，包括了前控制輸入線、中部電源線和后控制輸出線，經(jīng)過一兩次彎折來降低線路的引流能力。從PCB中引出的電源線在經(jīng)過兩三個密封墊后，可以到達出線位置，經(jīng)分層密封，可以實現(xiàn)分層保護，在提升防水效果的同時，也不需要進行注膠防水操作。

燈條控制線的走線環(huán)節(jié)與電源線類似，必須保證每一次的彎折都具備足夠的空間，避免過度擠壓導致絕緣破損。過線區(qū)域可以利用橡膠墊密封，線路在前端需要經(jīng)過一次彎折，到達燈條后端進行第二次彎折，后端走線位置應該以密封硅膠進行兩次以上的防水處理，直到控制線自出線孔引出，實現(xiàn)分段防水。

2.6 部件材料選擇

LED顯示屏在運作過程中，存在比較嚴重的發(fā)熱問題，如果散熱效果不佳，則可能引發(fā)火災事故。對此，在部件材料選擇方面，應以散熱為核心，選擇具備較高導熱系數(shù)的材料，而考慮到成本問題，一般都會選擇鋁材料。從材料本身的強度和剛度分析，選擇6063鋁合金，其具備非常優(yōu)秀的熱塑性、耐蝕性以及力學性能，且容易陽極氧化，是一種非常優(yōu)秀的電子散熱材料。

結合電解法，在鋁合金表面生成氧化膜，可以明顯改善其耐腐蝕性、耐磨性和硬度，電解操作可以將鋁或者鋁合金放在硫酸、鉻酸等電解質溶液中，施加電流實現(xiàn)電解，可以在其表面形成厚度在5～30 μm的氧化鋁層，促進其性能的改善。從可持續(xù)利用角度看，選擇硅橡膠密封條進行密封，這種材料的耐高溫和耐低溫性能良好、產(chǎn)品穩(wěn)定、回變形性強，在電力電纜、醫(yī)藥導流等領域有著相當廣泛的應用，使用壽命可以達到普通橡膠密封件的3倍以上。以密封條替代灌封膠來實現(xiàn)防水，是LED產(chǎn)品發(fā)展的一個必然趨勢，可以有效提高生產(chǎn)效率，而且便于拆卸，降低了維修成本，賦予了產(chǎn)品可循環(huán)利用的特點。

2.7 卡具設計

卡具分為上蓋與下托兩種，從提升LED顯示屏下方觀看效果的角度看，增加了卡具傾角，以實現(xiàn)燈條角度的傾斜，傾斜角度主要參照顯示屏離地高度。以壁掛式LED顯示屏為例，從保證施工安全的角度看，可以選擇下蓋固定上蓋拆卸的方式，將下蓋作為托盤，支撐燈條，上蓋以螺釘固定在箱體上，北部留出足夠的施工空間，確保施工人員可以在屏體背部進行安裝和拆卸，不需要用到吊籃。

3 結束語

總而言之，在科學技術飛速發(fā)展的背景下，LED顯示屏產(chǎn)品逐漸實現(xiàn)了多源化，傳統(tǒng)顯示屏暴露出一些不足和問題，要求技術人員必須及時更新觀念，做好LED顯示屏結構的全新設計，提升其結構的新穎性和實用性，以更好地滿足LED顯示屏的使用需求，促進LED顯示屏的可持續(xù)發(fā)展。

［1］邊曉峰.LED條狀顯示屏結構設計的研究［D］.大連：大連理工大學，2016.

［2］黃顯澍.基于ARM的LED顯示屏設計研究［J］.硅谷，2013（14）.

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10.15913/j.cnki.kjycx.2018.02.027

2095－6835（2018）02－0027－02

張思楠〕