全彩顯示屏專用LED的選擇和使用

一、 概述

    全彩LED顯示屏是一種新型的電子傳播媒體，在大尺寸、高亮度、環(huán)境適應(yīng)性方面具有無可替代的優(yōu)勢，可用于戶內(nèi)大尺寸、戶外大尺寸的圖文、視頻顯示，主要應(yīng)用于廣告媒體、舞臺布景、樓宇裝飾、交通信息、體育場館等用途。隨著LED芯片技術(shù)、封裝技術(shù)和LED顯示屏制造技術(shù)的快速提升和價格的進一步下降，全彩LED顯示屏正在跨過性價比的應(yīng)用門檻，獲得巨大的市場應(yīng)用和需求。

二、全彩顯示屏專用LED的選擇

    全彩LED顯示屏的最關(guān)鍵部件是LED器件。原因有三：第一，LED是全彩屏整機中使用數(shù)量最多的關(guān)鍵器件，每平方米會使用幾千至幾萬只LED；第二，LED是決定整屏光學(xué)顯示性能的主體，直接影響觀眾對顯示屏的評價；第三，LED在顯示屏整體成本中所占比例最大，從30%至70%不等。

    LED是全彩LED顯示屏的最關(guān)鍵器件，相當(dāng)于電腦的CPU。LED的選擇已經(jīng)決定了整個顯示屏50%以上的質(zhì)量。如果未能選擇好LED，顯示屏的其他部件再好也無法彌補顯示屏質(zhì)量的缺陷。

    全彩LED顯示屏專用LED的品質(zhì)和參數(shù)可歸結(jié)為以下五大要素：

    1、 失效率

    由于全彩顯示屏由上萬甚至幾十萬組紅、綠、藍三種LED組成的像素點組成，任一顏色LED的失效均會影響顯示屏整體視覺效果。一般來說，按行業(yè)經(jīng)驗，在LED顯示屏開始裝配至老化72小時出貨前的失效率應(yīng)不高于萬分之三（指LED器件本身原因引起的失效）。

    2、 抗靜電能力

    LED是半導(dǎo)體器件，對靜電敏感，極易引致靜電失效，故抗靜電能力對顯示屏的壽命至關(guān)重要。一般來說，LED的人體靜電模式測試失效電壓不應(yīng)低于2000V。

    3、 衰減特性

    紅、綠、藍LED均具有隨著工作時間的增加而亮度衰減的特性。LED芯片的優(yōu)劣、輔助物料的好壞及封裝工藝水平的高低決定了LED的衰減速度。一般來說，1000小時、20毫安常溫點亮試驗后，紅色LED的衰減應(yīng)小于10%，藍、綠色LED的衰減應(yīng)小于15%。紅、綠、藍衰減的一致性對全彩LED顯示屏日后的白平衡影響很大，進而影響顯示屏的顯示保真度。

    4、亮度

    LED亮度是顯示屏亮度的重要決定因素。LED亮度越高，使用電流的余量越大，對節(jié)省耗電、保持LED穩(wěn)定有好處。LED有不同的角度值，在芯片亮度已定的情況下，角度越小，LED則越亮，但顯示屏的視角則越小。一般應(yīng)選擇100度的LED以保證顯示屏足夠的視角。針對不同點間距和不同視距的顯示屏，應(yīng)在亮度、角度和價格上找到一個平衡點。

    5、 一致性

    全彩顯示屏是由無數(shù)個紅、綠、藍LED組成的像素拼成的，每種顏色LED的亮度、波長的一致性決定了整個顯示屏的亮度一致性、白平衡一致性、色度一致性。一般來說，顯示屏廠家要求器件供應(yīng)商提供5nm的波長范圍及1：1.3的亮度范圍的LED，這些指標可由器件供應(yīng)商通過分光分色機進行分級達到。電壓的一致性一般不做要求。

    由于LED是有角度的，故全彩LED顯示屏同樣具有角度方向性，即在不同角度觀看時，其亮度是會遞增或遞減的。這樣，紅、綠、藍三種顏色LED的角度一致性將嚴重影響不同角度白平衡的一致性，直接影響顯示屏視頻顏色的保真度。要做到紅、綠、藍三種LED在不同角度時亮度變化的匹配一致性，需要在封裝透鏡設(shè)計、原物料選擇上嚴格進行科學(xué)設(shè)計，這取決于封裝供應(yīng)商的技術(shù)水平。法向方向白平衡再好的顯示屏，如果LED的角度一致性不好，整屏不同角度的白平衡效果將是糟糕的。LED器件的角度一致性特性可用LED角度綜合測試儀測出，對于中、高檔顯示屏尤為重要。

三、全彩顯示屏專用LED的使用：

    品質(zhì)的LED也需要一個良好的使用方法和環(huán)境，歸結(jié)起來有如下八大使用要點：

    1、 防靜電

    顯示屏裝配工廠應(yīng)有良好的防靜電措施。專用防靜電地、防靜電地板、防靜電烙鐵、防靜電臺墊、防靜電環(huán)、防靜電衣、濕度控制、設(shè)備接地（尤其切腳機）等都是基本要求，并且要用靜電儀定期檢測。

    2、 過波峰焊溫度及時間

    須嚴格控制好波鋒焊的溫度及過爐時間，建議為：預(yù)熱溫度100℃±5℃，最高不超過120℃，且預(yù)熱溫度上升要求平穩(wěn)，焊接溫度為245℃±5℃，焊接時間建議不超過3秒，過爐后切忌振動或沖擊LED，直到恢復(fù)常溫狀態(tài)。波峰焊機的溫度參數(shù)要定期檢測，這是由LED的特性決定的，過熱或波動的溫度會直接損壞LED或造成LED質(zhì)量隱患，尤其對于小尺寸如3mm的圓形和橢圓形LED。

    3、 設(shè)計電流值

    LED的標稱電流為20mA，一般建議其最大使用電流為不超過標稱值的80%，尤其對于點間距很小的顯示屏，由于散熱條件不佳，還應(yīng)降低電流值。

    根據(jù)經(jīng)驗，由于紅、綠、藍LED衰減速度的不一致性，有針對性地降低藍、綠LED的電流值，以保持顯示屏長時間使用后白平衡的一致性。

    4、 混燈

    同一種顏色不同亮度檔的LED需要混燈，或者按照離散規(guī)律設(shè)計的插燈圖進行插燈，以保證整屏每種顏色亮度的一致性。此工序如果出現(xiàn)問題，會出現(xiàn)顯示屏局部亮度不一致的現(xiàn)象，直接影響LED顯示屏的顯示效果。

    5、 控制好燈的垂直度

    對于直插式LED來說，過爐時要有足夠的工藝技術(shù)保證LED垂直于PCB板。任何的偏差都會影響已經(jīng)設(shè)置好的LED亮度一致性，出現(xiàn)亮度不一致的色塊。

    6、 散熱設(shè)計

    LED工作時會發(fā)熱，溫度過高會影響LED的衰減速度和穩(wěn)定性，故PCB板的散熱設(shè)計、箱體的通風(fēng)散熱設(shè)計都會影響LED的表現(xiàn)。

    7、 虛焊控制

    LED顯示屏在出現(xiàn)LED不亮?xí)r，往往有超過50%概率為各種類型的虛焊引起的，如LED管腳虛焊、IC管腳虛焊、排針排母虛焊等。這些問題的改善需要嚴格地改善工藝并加強質(zhì)量檢驗來解決。出廠前的振動測試也不失為一種好的檢驗方法。

    8、 驅(qū)動電路設(shè)計

    顯示屏模塊上的驅(qū)動電路板驅(qū)動IC的排布亦會影響到LED的亮度。由于驅(qū)動IC輸出電流在PCB板上傳輸距離過遠，會使得傳輸路徑壓降過大，影響LED的正常工作電壓導(dǎo)致其亮度降低。我們常會發(fā)現(xiàn)顯示屏模塊四周的LED亮度比中間低一些，就是這個原因。故要保證顯示屏亮度的一致性，就要設(shè)計好驅(qū)動電路分布圖。

    以上是從選擇和使用的角度介紹了全彩顯示屏專用LED的相關(guān)知識，全彩LED顯示屏是一個系統(tǒng)集成的產(chǎn)品，需要LED封裝廠商與顯示屏應(yīng)用廠商的密切配合，加強技術(shù)交流。中國現(xiàn)在已經(jīng)成為全世界LED顯示屏的制造中心，正在向LED顯示屏制造強國靠攏。到目前為止，中國大陸全彩屏用途LED的封裝水平已有大幅度提高，很多指標已接近日本廠商的水平，個別指標已經(jīng)超越，這將極大地促進我國LED顯示屏事業(yè)的發(fā)展。

    作者簡介：李漫鐵（1968—），男（漢族），湖南人，電子工程學(xué)士，工商管理碩士，現(xiàn)任深圳雷曼光電科技有限公司總經(jīng)理。1990年本科畢業(yè)于華南理工大學(xué)無線電工程系，2005年畢業(yè)于上海交通大學(xué)安泰管理學(xué)院EMBA。