LED顯示屏是集電子,、電力,、計算機(jī),、通訊,、信息,、圖像處理,、光學(xué)、材料,、結(jié)構(gòu)等多學(xué)科技術(shù)于一體的高科技工程產(chǎn)品,。這其中的任何一門學(xué)科領(lǐng)域里的相關(guān)工程技術(shù)問題均會影響整個顯示屏的最終運(yùn)行效果。一個完美的led顯示屏必然是多學(xué)科技術(shù)的有機(jī)結(jié)合體,。
LED是led顯示屏的最重要的基本元素,，本文主要就led顯示屏的亮度、一致性和失效性等問題簡要闡述了其成因,，與LED的相互關(guān)系及相關(guān)改進(jìn)的有效舉措,。
一、led顯示屏亮度問題
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(diǎn)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(diǎn),。
LED單管亮度物理上限制了屏的最高亮度，而實際亮度影響因素還有掃描方式,，信號點(diǎn)亮效率,，色彩校正因素等,。選擇的符合色彩和亮度要求的某個亮度值，led顯示屏的最高亮度可以表示為：Lm=（η*L* gmax）/S,，Lm 是實際需要的顯示屏亮度值,，L是所選LED的亮度，η是屏體信號點(diǎn)亮效率,，gmax是色彩校正因素,，S是系統(tǒng)的掃描方式（可取1，2……）,。在進(jìn)行全彩LED顯示屏設(shè)計應(yīng)用時,，在選擇單基色的亮度的時候，我們需要考慮三基色的白平衡亮度的問題,，盡量使三基色的標(biāo)稱值接近3:6:1（紅：綠：藍(lán)）,。
受半導(dǎo)體技術(shù)和封裝技術(shù)的限制，早期的LED燈管光效低,，紅,、綠、藍(lán)基色的發(fā)光強(qiáng)度小,， 所以整個顯示屏的亮度值低是主要問題,。由于燈管光效低，為了滿足顯示屏亮度需要,，LED驅(qū)動電流設(shè)定值一般較高,，電流設(shè)定高必然導(dǎo)致LED工作溫度升高，這將不利于顯示屏的長期使用,；通過恰當(dāng)設(shè)計像素點(diǎn)組合來提高像素點(diǎn)亮度,，如采用多個LED燈管串聯(lián)來提高單基色的亮度值，從而達(dá)到提高led顯示屏的亮度,，是以前工程應(yīng)用中常使用的設(shè)計方法,，但是這樣必然增加整個顯示屏的成本。隨著LED芯片及封裝技術(shù)的發(fā)展,，LED燈管的光效得到大大提升,，已經(jīng)完全能夠滿足led顯示屏的戶內(nèi)外的亮度需求，并且可以將LED的工作電流設(shè)定在額定安全工作電流之下以確保系統(tǒng)可靠性,。
用于室外的led顯示屏應(yīng)該在陽光下也能觀看，所以亮度必須與背景有亮度差（比）,。如果顯示的是文字可以是2:1,，如果是圖像其中還有差別，經(jīng)驗上10:1是容許的最低限度,，20:1是標(biāo)準(zhǔn),，希望在40:1以上,。在暗室測定最大圖像信號輸入的亮度Lm及某種外光無信號亮度Lb，然后可以計算出對比度V=（Lm+Lb）/Lb.實際工程中從結(jié)構(gòu)上,，增加面罩的色深,，增加面罩的帽檐和反光臺階的設(shè)計，均可以有效地提高戶外顯示屏的對比度效果,。
led顯示屏點(diǎn)陣模塊驅(qū)動一般采用恒流驅(qū)動芯片來完成,，該芯片內(nèi)部包括串行移位寄存器、串并轉(zhuǎn)換和恒流驅(qū)動等功能電路組成如圖一所示,。恒流芯片是將控制器的亮度信號轉(zhuǎn)換成驅(qū)動LED發(fā)光的恰當(dāng)?shù)尿?qū)動電流的轉(zhuǎn)換器件,。恒流器件的開關(guān)恒流的品質(zhì)因素將影響led顯示屏的有效亮度。特別是當(dāng)顯示屏的刷新頻率和顯示灰度級數(shù)越高的情況下,，恒流芯片將更加明顯地影響整個顯示屏的亮度,。如圖一所示，顯示屏的供電電壓V-LED也將是影響亮度的一個重要因素之一,，特別是當(dāng)其電壓低于LED正常導(dǎo)通電壓時,，LED發(fā)光效果受到影響，從而影響了整個顯示屏的亮度,。
綜上所述,，為了解決顯示屏應(yīng)用出現(xiàn)的亮度問題，我們可以采取的切實可行的舉措包括：采用高亮度晶片,，高取光率選LED燈管,，在保證白平衡亮度要求的同時設(shè)計預(yù)先留足余量；進(jìn)行恰當(dāng)?shù)南袼攸c(diǎn)組合設(shè)計,，保證像素點(diǎn)合理的出光視角,，通過燈的合理排布和結(jié)構(gòu)設(shè)計，增加顯示屏的視覺對比度,；選用高品質(zhì)的恒流驅(qū)動芯片,，進(jìn)行合理的驅(qū)動電流和電壓設(shè)計，以保證LED高效的驅(qū)動,。
當(dāng)然,，保證LED高效的驅(qū)動需要企業(yè)強(qiáng)大的研發(fā)和技術(shù)實力為支撐，LED顯示行業(yè)經(jīng)過近幾年的高速發(fā)展,，也成長起來了一批優(yōu)秀的顯示屏應(yīng)用及顯示光源封裝企業(yè),，如顯示光源封裝企業(yè)--柏獅，經(jīng)過數(shù)年的發(fā)展壯大,，現(xiàn)在擁有自己的顯示研發(fā)實驗室,，致力于LED顯示技術(shù)的研究，并聯(lián)合國內(nèi)著名重點(diǎn)科研院所進(jìn)行了大量的led顯示屏應(yīng)用方面的技術(shù)研究工作,。
二,、led顯示屏白平衡一致性問題
led顯示屏是由大量的LED燈管組成,，特別是采用直插燈的戶外led顯示屏，白平衡一致性問題相當(dāng)普遍,，這是業(yè)界經(jīng)常遇到的棘手問題,。
全彩顯示屏是由無數(shù)個紅、綠,、藍(lán)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(biāo)可由器件供應(yīng)商通過分光分色機(jī)進(jìn)行分級達(dá)到。電壓的一致性一般不做要求,。一般來說,，LED亮度差異在1:1.3的亮度范圍，紅光波長差異小于5nm,，藍(lán)綠波長差異小于3nm,，這樣的燈管組成的顯示屏（led顯示屏其他條件完美無缺）將是白平衡一致性相當(dāng)好的，相反條件下的顯示屏可能會出現(xiàn)花屏,、一致性不好的效果,。
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(lán)三種顏色LED的角度一致性將嚴(yán)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(lán)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(yán)格進(jìn)行科學(xué)設(shè)計,，這取決于封裝供應(yīng)商的技術(shù)水平,。法線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,。紅綠藍(lán)LED的光形曲線圖一致性越好，整個顯示屏的一致性將更好,。由于R/G/B在不同角度亮度不一致而造成色澤不均勻,，難以達(dá)到不同角度白平衡一致性；并且單色光型曲線的離散分布嚴(yán)重,，將造成顯示屏的一致性差,。
實際生產(chǎn)中的LED燈是有亮度差異的，如果亮的LED集中在一個模塊,，暗的LED集中在另一個模塊,，這樣的差異就很明顯，所以一定要在生產(chǎn)采用混燈工藝使LED燈在顯示屏上成正態(tài)分布,，從而使整屏的顯示一致性效果較好,；如果直插燈在安裝時，燈不平整,， LED燈的出光一致性較差,，將直接影響顯示屏白平衡的一致性效果，所以必須增加“整燈工藝”來保證led顯示屏的平整度,。
如圖一所示恒流芯片輸出電流精度的差異和調(diào)整電阻的精度差異可能會影響LED發(fā)光效果,，從而影響顯示屏白平衡一致性；信號系統(tǒng)的編碼和信號傳輸?shù)膸挷町愐部赡苡绊憀ed顯示屏的白平衡一致性,。在LED點(diǎn)陣模塊的設(shè)計中,，像素點(diǎn)的組合排布合理與否，可能會影響LED燈的出光效果和像素點(diǎn)的光學(xué)疊加效果,，從而影響顯示屏的一致性,；PCB布局和走線合理與否，致使供電和溫度分布的差異,，而影響了顯示屏的白平衡一致性,。
LED的光學(xué)參數(shù)與pn結(jié)結(jié)溫有很大的關(guān)系。若環(huán)境溫度較高,，LED主波長或λp就會向長波長漂移,，尤其是點(diǎn)陣、大屏幕的溫升對LED的可靠性,、穩(wěn)定性影響很大,。LED器件發(fā)光區(qū)材料的禁帶寬度值直接決定了器件發(fā)光的波長或顏色。InGaAlP和InGaN等LED的芯片材料屬于III-V族化合物半導(dǎo)體，它們的性質(zhì)與GaAs相仿,，當(dāng)溫度升高時,，材料禁帶將減小，導(dǎo)致器件發(fā)光波長變長,，顏色發(fā)生紅移,，波長隨結(jié)溫變化表示為：λ（T2）=λ（T1）+?T*K （nm/℃）。一般K=0.1,，每當(dāng)結(jié)溫升高10度,，則波長向長波漂移1nm，且發(fā)光的均勻性,、一致性變差,。2~5nm的波長變化，人眼就可以感覺到,，人眼對不同的顏色感知靈敏度存在很大的差異,，在藍(lán)、綠區(qū),，很小波長就將導(dǎo)致人眼感覺上變化,，從而對藍(lán)綠LED器件的溫升效應(yīng)提出了更高的要求。
綜上所述,，為了解決白平衡一致性問題我們建議的舉措是：
1,、對于led顯示屏產(chǎn)品而言，對產(chǎn)品采用一定的檢測的方法和手段固然重要,，但鑒于產(chǎn)品不菲的價值且很多缺陷是無法通過事后維修解決,，檢測和檢驗?zāi)転楹罄m(xù)產(chǎn)品改善提供依據(jù)和方向，但不能改變既成事實的缺陷產(chǎn)品,，因此事前控制顯得尤為珍貴,。能夠穩(wěn)定有效地保證對LED封裝的整個制程的合理控制，包括物料分檔控制,，保證亮度,、波長的一致性；分光分色設(shè)備的嚴(yán)格管理,，專人專機(jī)操作機(jī)臺及工位,，保證產(chǎn)品的各項參數(shù)的一致性。
2,、在封裝透鏡設(shè)計,、原物料選擇上嚴(yán)格進(jìn)行科學(xué)設(shè)計，做到紅,、綠,、藍(lán)三種LED在不同角度時亮度變化的匹配一致性,；在LED顯示模塊設(shè)計時，合理選用驅(qū)動電路和信號處理算法,，并進(jìn)行PCB的合理優(yōu)化設(shè)計,，以保證恒流精度和減小顯示屏模塊內(nèi)部溫差；在LED顯示模塊生產(chǎn)時采用合理的混燈工藝控制,。
3,、由于led顯示屏的像素LED的差異性，或者電子顯示屏在工作一段時間后,，每一顆LED會出現(xiàn)不同程度的亮度和色度的下降，嚴(yán)重影響顯示效果,。采用亮度和顏色矯正控制技術(shù),，可實現(xiàn)亮度<1%，色度Cx/Cy<0.003精度的校正,，迅速提升顯示屏顯示效果,，使得更新以后的模塊與已經(jīng)工作過一段時間以后的模塊保持亮度和色度的一致。點(diǎn)校正運(yùn)算公式為：
Rout = Rin * A（1,，1） + Grnin * A（1,，2） + Bluin * A（1，3）
Gout = Rin * A（2,，1） + Grnin * A（2,，2） + Bluin * A（2，3）
Bout = Rin * A（3,，1） + Grnin * A（3,，2） + Bluin * A（3，3）
目前,，國內(nèi)有少數(shù)企業(yè)建立起來了顯示研發(fā)實驗室,，聯(lián)合國內(nèi)高校及科研院所，針對點(diǎn)校正進(jìn)行了大量研究,，筆者所在的柏獅公司就已經(jīng)研發(fā)出行業(yè)領(lǐng)先的點(diǎn)校正技術(shù),，確保顯示屏長期有效使用。
三,、LED失效問題
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(bǔ)顯示屏質(zhì)量的缺陷,。由于全彩顯示屏由上萬甚至幾十萬組紅、綠,、藍(lán)三種LED組成的像素點(diǎn)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）,。
LED失效一般包括以下三大類：短路（漏電）、開路,、暗亮,。短路（漏電）一般是由于模塊電路中的沖擊電流太大造成LED芯片性能發(fā)生變化，芯片漏電流增大引起,；開路可能靜電或其他原因造成LED芯片被擊穿,；暗亮，一般是由于LED不恰當(dāng)使用致使膠體里面進(jìn)水汽,，影響了LED的光學(xué)效果,。
針對LED失效問題。首先應(yīng)用設(shè)計出發(fā),，需要選好恰當(dāng)?shù)碾娐?，從電路接口減少靜電威脅，杜絕大電流脈沖損壞LED的工作狀態(tài)發(fā)生,，需要設(shè)計合理的結(jié)構(gòu)保護(hù)密封LED,，杜絕可能外力拉傷LED管腿的現(xiàn)象發(fā)生。
其次在生產(chǎn)中注意合理使用LED的細(xì)節(jié)掌控：注意物料的投料使用合理的掌控,，對于過期的物料一定要做防潮工藝處理,；注意防靜電措施的嚴(yán)格掌控，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(jī)）等都是基本要求，并且要用靜電儀定期檢測,；須嚴(yán)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(jī)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；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(yán)格地改善工藝并加強(qiáng)質(zhì)量檢驗來解決。出廠前的高溫和常溫老化測試,、振動測試也不失為一種好的檢驗方法,。
LED產(chǎn)品失效問題的有效控制是封裝、顯示屏設(shè)計,、生產(chǎn)和顯示屏工程中需要注意預(yù)防控制的重要環(huán)節(jié)。而這些環(huán)節(jié)的有效保障需要我們行業(yè)孕育出更多像柏獅,、國星,、雷曼、利亞德等這樣的優(yōu)秀企業(yè),，推行更加嚴(yán)格的品質(zhì)管理體系,，從設(shè)計、采購,、生產(chǎn),、品質(zhì)檢測、包裝,、運(yùn)輸,、售前和售后跟蹤全過程進(jìn)行產(chǎn)品的品質(zhì)監(jiān)測，確保產(chǎn)品“品質(zhì)服務(wù)零缺陷”,，推動整個行業(yè)的健康有序的成長,。