LED制造應(yīng)用相輔相成 五大因素決定顯示屏質(zhì)量

LED（發(fā)光二極管）對顯示屏的重要性就好比汽車的引擎、空調(diào)的壓縮機(jī)。選擇一款性能優(yōu)良的LED是完成一個(gè)高性能LED顯示屏的基本條件。然而，即使同樣的配菜、同樣的調(diào)料、同樣的灶具，不同水平的廚師也可能烹飪出千差萬別的菜肴。因此，能否用好LED更是檢驗(yàn)顯示屏制造商的試金石。一般認(rèn)為顯示屏有以下五大關(guān)鍵性能指標(biāo)與LED品質(zhì)參數(shù)息息相關(guān)：亮度與視角、均勻性與清晰度、像素失控率、壽命、能耗與能效。

亮度與視角

顯示屏亮度主要取決于LED發(fā)光強(qiáng)度和LED密度，顯示屏視角應(yīng)解決光通量浪費(fèi)問題。

顯示屏亮度主要取決于LED的發(fā)光強(qiáng)度和LED密度。近幾年LED在襯底、外延、芯片及封裝等方面的新技術(shù)層出不窮，尤其是氧化銦錫(ITO)電流擴(kuò)展層技術(shù)及工藝的穩(wěn)定與成熟，使LED的發(fā)光強(qiáng)度有了大幅提高。目前，國際一流品牌小功率LED在水平視角為110度、垂直視角為50度的情況下，綠管的發(fā)光強(qiáng)度已高達(dá)4000mcd，紅管達(dá)1500mcd，藍(lán)管達(dá)1000mcd。在像素間距為20mm時(shí)，顯示屏亮度可達(dá)到10000nit以上。顯示屏可在任何環(huán)境下全天候工作。

在談到顯示屏視角時(shí)，有一個(gè)值得我們思考的現(xiàn)象：LED顯示屏尤其是室外顯示屏，人們的觀察角度基本是從下而上，而以現(xiàn)有LED顯示屏的產(chǎn)品形態(tài)來看，有一半的光通量消失在茫茫天空中。在能源緊張的今天，我們是否有更合理的解決之道？值得深思。

均勻性與清晰度

LED各項(xiàng)性能參數(shù)不一致是影響均勻性的主要原因，制約LED顯示屏清晰度改善的主因是均勻性而不是物理像素間距。

LED顯示屏技術(shù)發(fā)展到今天，均勻性已成為衡量顯示屏優(yōu)劣的最重要指標(biāo)。人們常說LED顯示“點(diǎn)點(diǎn)燦爛，片片輝煌”，就是對像素之間和模塊之間嚴(yán)重不均勻的一種形象比喻。專業(yè)一點(diǎn)的說法是“灰塵效應(yīng)”和“馬賽克現(xiàn)象”。

造成不均勻現(xiàn)象的根源主要有：LED各項(xiàng)性能參數(shù)的不一致；顯示屏在生產(chǎn)、安裝過程中組裝精度的不足；其他電子元器件的電參數(shù)一致性不夠；模塊、PCB設(shè)計(jì)的不規(guī)范等。

其中“LED各項(xiàng)性能參數(shù)的不一致”是主因。這些性能參數(shù)的不一致主要包括：光強(qiáng)不一致、光軸不一致、色坐標(biāo)不一致、各基色光強(qiáng)分布曲線不一致以及衰減特性不一致等。如何解決LED性能參數(shù)的不一致現(xiàn)象，目前業(yè)內(nèi)主要有兩種技術(shù)途徑：一是通過對LED規(guī)格參數(shù)的進(jìn)一步細(xì)分，提高LED各項(xiàng)性能的一致性；二是通過后續(xù)校正的方式來改善顯示屏均勻性。后續(xù)校正也從早期的模組校正、模塊校正，發(fā)展到今天的逐點(diǎn)校正。校正技術(shù)則從單純的光強(qiáng)校正，發(fā)展到光強(qiáng)+色坐標(biāo)校正。

但是，我們認(rèn)為后續(xù)校正并不是萬能的。其中，光軸不一致、光強(qiáng)分布曲線不一致、衰減特性不一致、拼裝精度差以及設(shè)計(jì)的不規(guī)范等是無法通過后續(xù)校正來消除的，甚至這種后續(xù)校正會使光軸、衰減、拼裝精度方面的不一致更加惡化。

因此，通過實(shí)踐我們的結(jié)論是：后續(xù)校正僅僅是治表，而LED參數(shù)細(xì)分才是治本，才是LED顯示產(chǎn)業(yè)未來的主流。

而論到顯示屏均勻性與清晰度的關(guān)系，業(yè)界則常常存在一個(gè)認(rèn)識上的誤區(qū)，即以分辨率替代清晰度。其實(shí)顯示屏清晰度是人眼對顯示屏分辨率、均勻性(信噪比)、亮度、對比度等多項(xiàng)因素綜合的主觀感受。單純縮小物理像素間距提高分辨率，而忽視均勻性，對提高清晰度是毫無疑義的。試想一個(gè)存有嚴(yán)重“灰塵效應(yīng)”和“馬賽克現(xiàn)象”的顯示屏，即使它的物理像素間距再小，分辨率再高，也不可能得到一個(gè)良好的圖像清晰度。

因此，從某種意義上講，目前制約LED顯示屏清晰度改善的主因是“均勻性”而不是“物理像素間距”。

顯示屏像素失控

造成顯示屏像素失控的主要原因是LED失效，靜電放電是失效最大誘因。

LED失效的主因又可分為兩個(gè)方面：一是LED自身品質(zhì)不佳；二是使用方法不當(dāng)。通過分析我們歸納出LED失效模式和上述兩個(gè)主因之間的對應(yīng)關(guān)系。

上述我們談到很多LED的失效通常在LED的常規(guī)檢驗(yàn)測試中是無法發(fā)現(xiàn)的。除了在受到靜電放電、大電流(造成結(jié)溫過高)、外部強(qiáng)力等不當(dāng)使用外，很多LED失效是在高溫、低溫、溫度快速變化或其他惡劣條件下，由于LED芯片、環(huán)氧樹脂、支架、內(nèi)引線、固晶膠、PPA杯體等材料熱膨脹系數(shù)的差異，引發(fā)其內(nèi)部應(yīng)力的不同而產(chǎn)生的，因此，LED的質(zhì)量檢測是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工作。

再者，對于GaN基LED而言，靜電放電是其失效的最大誘因。靜電放電導(dǎo)致LED失效的機(jī)理非常復(fù)雜，設(shè)備、工具、器皿及人體均有可能帶有靜電并對其放電，這種靜電少則幾百伏，高則幾萬伏，放電時(shí)間在納秒級水平。我們在顯示屏生產(chǎn)、安裝、使用過程中出現(xiàn)的藍(lán)綠管失效，往往就是LED-PN結(jié)被靜電放電擊穿所至。國際靜電協(xié)會嚴(yán)格規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)靜電放電模式，主要分為人體放電模式(HBM)和機(jī)器放電模式(MM)。我國對器件的靜電放電敏感度(ESDS)分為三個(gè)等級(人體模式)：1級為0～1999V；2級為2000～3999V；3級為4000V以上。一般情況下LED的靜電放電敏感度在人體模式下在幾百伏～上萬伏之間，而在機(jī)器模式下只有幾十伏到五百伏左右。LED顯示屏由于生產(chǎn)過程繁雜，靜電放電防不勝防，因此，LED靜電放電敏感度應(yīng)選擇2級或以上為妥(人體模式)，而靜電防護(hù)必須貫穿生產(chǎn)全過程。

壽命

LED的壽命決定了顯示屏的壽命，從器件制造和器件應(yīng)用兩方面著手提高LED壽命。

LED顯示屏的壽命是由多種因素決定的，但是，由許多因素造成的壽命終結(jié)是可以通過零部件(比如開關(guān)電源)的更換來不斷地延續(xù)壽命。而LED則是不可能被大量更換的，因此，一旦LED壽命終結(jié)，則意味著顯示屏壽命的終止。一定意義上LED的壽命決定了顯示屏的壽命。LED的壽命通常以發(fā)光強(qiáng)度衰減到初始值50%的時(shí)間為壽命期。LED作為一種半導(dǎo)體材料，人們常說有10萬小時(shí)壽命，但那是在理想條件下的評估。而在實(shí)際使用狀況下是達(dá)不到的。我們有一個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)方法和計(jì)算公式可以測算LED的壽命：將LED放置于與實(shí)際工作環(huán)境相同的條件下工作1000小時(shí)，并測得光強(qiáng)的初始值和終值，然后通過公式就可推出LED的壽命期。我們選定某著名品牌藍(lán)管在環(huán)境溫度為50℃、電流為20mA的環(huán)境下工作1000小時(shí)后測得終值為0.88×初始值，根據(jù)公式我們可算出該藍(lán)管在該環(huán)境下的壽命為5422小時(shí)。 [!--empirenews.page--]

我們說LED壽命決定顯示屏的壽命，但并不是說LED壽命等于顯示屏壽命。由于顯示屏在工作時(shí)并不是每只LED每時(shí)每刻都在滿負(fù)荷工作，顯示屏在正常播放視頻節(jié)目的情況下，顯示屏的壽命期應(yīng)該是LED壽命期的6～10倍，當(dāng)LED工作在小電流的狀況下壽命可以更長。因此，選用該品牌LED的顯示屏壽命期可達(dá)5萬小時(shí)左右。

怎樣使LED壽命期更長？一般情況下我們可以從器件制造和器件應(yīng)用兩方面著手。從器件制造方面來講：選擇優(yōu)質(zhì)的外延材料；加大芯片面積，減小電流密度；均衡電流密度；降低熱阻；選擇性能優(yōu)良而抗紫外能力強(qiáng)的封裝材料等都可以使LED壽命更長。

從器件應(yīng)用方面講：將散熱作為從模塊設(shè)計(jì)到工程實(shí)施甚至將來系統(tǒng)維護(hù)的一個(gè)中心工作；降低LED工作電流；正確配置LED，使各基色LED同步衰減等都是可以延長LED使用壽命的。

能耗與能效

提高LED光效，降低顯示屏能耗是發(fā)展方向，LED作為一種綠色、節(jié)能光源日益受到青睞。

提高LED光效，降低顯示屏能耗是LED顯示屏技術(shù)一個(gè)重要的發(fā)展方向，它具有如下積極意義：一是節(jié)能、減排，保護(hù)環(huán)境；二是降低電力增容、動力設(shè)備及散熱設(shè)備的投入；三是節(jié)省電費(fèi)降低運(yùn)營成本；四是降低顯示屏溫升；五是延緩LED衰減速度；六是提高系統(tǒng)可靠性；七是延長顯示屏壽命；八是減小顯示屏光電參數(shù)的溫漂，穩(wěn)定圖像效果。

LED的發(fā)光效率(即外量子效率)是由LED內(nèi)量子效率和逃逸率決定的?，F(xiàn)今，LED的內(nèi)量子效率已高達(dá)90%以上，但是由于逃逸率較低，因此外量子效率成為提高LED光效的瓶頸。為了突破這個(gè)制約行業(yè)發(fā)展的瓶頸，許多新穎的解決方案被提出，同時(shí)得到了理論驗(yàn)證，其中大多數(shù)已進(jìn)入試驗(yàn)階段，部分已獲得了成功，并且為最終的產(chǎn)業(yè)化奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

LED作為一種綠色、節(jié)能光源受到人們的青睞，也必將作為一種主流媒體，引領(lǐng)顯示技術(shù)的未來。

總之，器件制造與器件應(yīng)用本身是一個(gè)相輔相成的統(tǒng)一體，器件技術(shù)的進(jìn)步給應(yīng)用市場帶來繁榮，而應(yīng)用市場的需求則是器件技術(shù)進(jìn)步的永恒動力。讓我們上下游企業(yè)共同努力，開創(chuàng)LED顯示技術(shù)新的未來。

（編輯：文靜）