Display LED - terza parte

di Vittorio Dalerci

Come tutti sapete, LED è l’acronimo di Light Emitting Diode. Si tratta di un dispositivo optoelettronico che sfrutta le proprietà ottiche di alcuni materiali semiconduttori che producono fotoni se attraversati da corrente, attraverso il fenomeno dell’emissione spontanea.

Gli schermi video LED nascono con l’utilizzo di lampade LED DIP da 5 mm di diametro (poi anche da 3 mm di diametro), montate su circuiti stampati a foratura. Come si monta la lampada LED DIP (dual in line package)? Si inseriscono i due terminali metallici (pin) nei fori del circuito stampato e, una volta saldati, vengono tagliate le parti sporgenti superflue. Per formare un pixel occorre montare tre lampade LED DIP vicine, ciascuna di un colore diverso della triade (Rosso, Verde e Blu), in modo da formare un gruppo, come si vede nella figura sotto.

Con l’avvento della miniaturizzazione e delle tecnologie SMD (surface mounted device, cioè componenti elettronici montabili direttamente sulla superficie del circuito stampato, senza fori), anche i LED sono stati prodotti in questo formato, ma con la differenza di avere direttamente i tre LED Rosso, Verde e Blu montati dentro un unico “box” SMD.

Nel caso degli schermi LED, la risoluzione (Pixel Pitch) è la distanza fisica tra il centro di un pixel ed il centro di quello successivo. 

Con i LED DIP, ormai utilizzati quasi solo esclusivamente per schermi LED outdoor di grande formato, per formare un pixel è possibile montare quattro LED anziché tre, raddoppiando i rossi. Questo consente, con un trucco elettronico, di generare un’immagine che viene percepita dall’occhio alla metà della risoluzione reale. Aumentando di un solo LED si dimezza così la risoluzione, senza raddoppiare i costi.

Nella figura sotto una breve rappresentazione grafica del Virtual Pixel, efficace però solo con immagini in movimento.

Quando utilizzare le lampade LED DIP? Come già accennato, l’utilizzo principale è per schermi outdoor di grande formato. Perché? La lampada DIP è in realtà la vera lampada outdoor, protetta dalle intemperie. I LED SMD hanno i contatti elettrici in superficie e vanno isolati con colle siliconiche. Questa protezione va fatta anche per i circuiti stampati dei LED DIP, ma la tenuta del contenitore plastico del LED DIP rimarrà superiore. Inoltre è più semplice ottenere l’altra caratteristica essenziale nei LED outdoor: l’alta luminosità; banalmente i due pin del LED DIP sono di sezione più grossa rispetto ai piccoli pin dei componenti SMD. Con i pin del LED DIP possiamo portare più corrente e produrre più luce. Ma occorre far presente che i progressi tecnologici sono infiniti: abbiamo ora LED SMD 3-in-1 con luminosità molto elevate che possono superare i 5.000 nit, anche se la loro resistenza nel tempo non è stata ancora ben testata, essendo stati utilizzati in questa industria da poco.

Costruttori delle lampade LED

Esistono più costruttori della singola lampada LED DIP e SMD, ovviamente di diverse qualità. Quelle ritenute migliori sono prodotte dall’azienda americana CREE, con sedi in tutto il mondo, anche a Sesto Fiorentino, ma il top di gamma però rimane sempre la giapponese NICHIA, con garanzie di funzionamento e stabilità colorimetrica anche fino a cinque anni. Altri produttori della singola lampada LED si distinguono per rapporto qualità/prezzo, come la cinese Silan o la taiwanese Epistar, giusto per nominarne alcuni.

In realtà, nel caso della soluzione SMD, la vera grande importanza viene data alla ditta che “incapsula” i tre LED, Rosso Verde e Blu, in un unico BOX. Questo è il vero costruttore della lampada LED SMD, cioè del pixel. Tra i produttori, in questo senso, da tempo domina il mercato la cinese Nationstar che ha creato anche una sua altra marca “parallela”, ReeStar, per LED di qualità superiore rispetto alla sua gamma standard. 

Altra ditta che incapsula LED lamp è la cinese KN-Light che, anche grazie ai prezzi competitivi rispetto alla più nota Nationstar, si sta man mano affermando nel nostro mercato dei LED Display.

In base al pixel pitch viene utilizzato un LED che possa essere contenuto in quello spazio. Ad esempio un cabinet outdoor da 5,95 mm utilizzerà in genere un LED high-brightness SMD3535, dove 3535 sta per la misura dei lati del quadrato, cioè 3,5 mm × 3,5 mm.

Per un LED indoor a passo piccolo, ad esempio un 2,6 mm, verrà in genere utilizzato un LED standard brightness SMD2121 dove 2121 sta ad indicare le dimensioni 2,1 mm × 2,1 mm, come si può vedere nella figura sotto.

Nota: è molto importante che rimanga abbastanza spazio tra LED SMD adiacenti, in quanto la mascherina nera che viene montata intorno ai LED per protezione e stabilizzazione ha anche l’importante funzione di determinare il contrasto. Le mascherine sono nere e si tratta del nero dal quale si parte quando la lampada LED è spenta.

Altro dato molto importante, e che influisce sul costo di acquisto del modello di cabinet che ci interessa, è il materiale di cui sono composti i pin del LED SMD. I materiali più utilizzati sono oro (gold wire), ovviamente legato in percentuale assegnata con altri materiali, ed il rame (copper wire).

Il LED copper wire costa mediamente anche un 15-20% in meno rispetto al gold wire, anche se, paradossalmente, le fabbriche hanno dovuto costruire delle macchine più costose, grandi è più potenti, in quanto il rame è più duro da tagliare rispetto all’oro. La produzione però rimane più economica proprio per l’elevato costo dell’oro in sé. 

Ci sono due scuole di pensiero: il copper wire è meglio per applicazioni fisse o per applicazioni rental? In genere le ditte del settore rental cercano di avere cabinet con moduli LED gold wire, in quanto li ritengono più adeguati a salvaguardare il loro investimento nel tempo. In realtà la considerazione dell’obsolescenza tecnologica propria del settore rental (mediamente 4-6 anni) e dell’utilizzo a “blocchi temporali” nel rental rispetto all’installazione fissa, ci porterebbe a preferire il copper wire per il rental e il golden wire per le installazioni fisse, dove il materiale è “perennemente” in funzione e l’obsolescenza tecnologica relativa.

Ma si sa, ogni settore ha le proprie regole e la tranquillità non ha prezzo!

Altre tipologie di LED

MicroLED & LED 4-in-1

Si tratta rispettivamente di LED molto più piccoli dei LED SMD standard e di un blocco contenente fino a quattro microLED assemblati in un unico contenitore. Queste micro lampade LED vengono montate su mattonelle LED (es. 25 cm × 25 cm) che affiancate tra loro formano poi dei cabinet LED Display con i quali realizzare ampie superfici.

Si stanno affermando nei passi piccoli e nelle soluzioni all-in-one + plug-and-play, cioè laddove lo schermo non è formato da tanti cabinet componibili, ma da strutture meccaniche che formano display finiti da 90”, 120” e via dicendo. È una rivoluzione già in corso nelle sale meeting con le tecnologie tradizionali dei passi piccoli “a cabinet”, che verranno a breve sostituite.

Inoltre, colossi, come ad esempio Samsung, stanno investendo già nella tecnologia microLED per applicazioni consumer. Sì, avete capito bene: ci produrranno i TV!

GOB display – Glue On Board

Si tratta di uno strato di colla (glue), cioè di una protezione su tutta la superficie della mattonella LED, che rende il singolo LED SMD totalmente protetto da urti ed altre sollecitazioni, cosa molto critica come abbiamo visto nei LED display con passi molto piccoli.

Ormai tutti i produttori di LED a passo piccolo (fine pixel pitch) hanno adottato questa tecnologia, perché hanno dovuto inevitabilmente constatare che anche aggiungendo protezioni ai LED a passo piccolo, nel settore rental non si riesce a trattare i materiali abbastanza delicatamente.

Nella figura sotto vedete uno dei tanti tentativi di proteggere i piccoli LED SMS2121 di un passo 2,6 mm. Nonostante queste buone protezioni sui quattro angoli, nelle operazioni di montaggio e smontaggio, le parti centrali vengono spesso danneggiate.

Con i passi 1,9 mm, 1,5 mm e 1,27 mm la situazione è ancora più critica, dato che i componenti sono generalmente ancora più delicati!

Abbiamo effettuato dei test in uno studio televisivo perché l’unico dubbio che poteva rimanere riguardava gli eventuali rifessi delle luci su uno schermo lucido, a causa del rivestimento “glue”: il test è stato superato brillantemente. Nella galleria sono riportate un paio di immagini del test con quattro cabinet 1,9 mm GOB da 471 cm × 530 cm (8:9 ciascuno; utilizzando due pannelli affiancati si ottiene uno schermo con rapporto 16:9).

Nel prossimo articolo parleremo di gestione dei contenuti e delle risoluzioni dei display LED e delle certificazioni, nazionali ed internazionali. 

Le puntate precedenti: 

Parte 1

Parte 2