LED显示屏品质好坏的五大关键技术

2014-11-30 20:18:03编辑:探路者 关键字:LED  显示屏

  在我们日常使用LED设备的时候,常常要对LED显示屏的品质进行评测,那么怎样才能对设备的品质进行检测呢?以下我们就来讨论这个问题。

  1、亮度与视角

  显示屏亮度主要取决于LED的发光强度和LED密度。近几年LED在衬底、外延、芯片及封装等方面的新技术层出不穷,尤其是氧化铟锡(ITO)电流扩展层技术及工艺的稳定与成熟,使LED的发光强度有了大幅提高。目前,国际一流品牌小功率LED在水平视角为110度、垂直视角为50度的情况下,绿管的发光强度已高达4000mcd,红管达1500mcd,蓝管达1000mcd。在像素间距为20mm时,显示屏亮度可达到10000nit以上。显示屏可在任何环境下全天候工作.

  在谈到显示屏视角时,有一个值得我们思考的现象:LED显示屏尤其是室外显示屏,人们的观察角度基本是从下而上,而以现有LED显示屏的产品形态来看,有一半的光通量消失在茫茫天空中。

  2、均匀性与清晰度

  LED显示屏技术发展到今天,均匀性已成为衡量显示屏优劣的最重要指标。人们常说LED显示“点点灿烂,片片辉煌”,就是对像素之间和模块之间严重不均匀的一种形象比喻。专业一点的说法是“灰尘效应”和“马赛克现象”。

  造成不均匀现象的根源主要有:LED各项性能参数的不一致;显示屏在生产、安装过程中组装精度的不足;其他电子元器件的电参数一致性不够;模块、PCB设计的不规范等。

  其中“LED各项性能参数的不一致”是主因。这些性能参数的不一致主要包括:光强不一致、光轴不一致、色坐标不一致、各基色光强分布曲线不一致以及衰减特性不一致等。

  如何解决LED性能参数的不一致现象,目前业内主要有两种技术途径:一是通过对LED规格参数的进一步细分,提高LED各项性能的一致性;二是通过后续校正的方式来改善显示屏均匀性。后续校正也从早期的模组校正、模块校正,发展到今天的逐点校正。校正技术则从单纯的光强校正,发展到光强色坐标校正。

  但是,我们认为后续校正并不是万能的。其中,光轴不一致、光强分布曲线不一致、衰减特性不一致、拼装精度差以及设计的不规范等是无法通过后续校正来消除的,甚至这种后续校正会使光轴、衰减、拼装精度方面的不一致更加恶化。

  因此,通过实践我们的结论是:后续校正仅仅是治表,而LED参数细分才是治本,才是LED显示产业未来的主流。

  而论到显示屏均匀性与清晰度的关系,业界则常常存在一个认识上的误区,即以分辨率替代清晰度。其实显示屏清晰度是人眼对显示屏分辨率、均匀性(信噪比)、亮度、对比度等多项因素综合的主观感受。单纯缩小物理像素间距提高分辨率,而忽视均匀性,对提高清晰度是毫无疑义的。试想一个存有严重“灰尘效应”和“马赛克现象”的显示屏,即使它的物理像素间距再小,分辨率再高,也不可能得到一个良好的图像清晰度。

  因此,从某种意义上讲,目前制约LED显示屏清晰度改善的主因是“均匀性”而不是“物理像素间距”。

  3、显示屏像素失控

  造成显示屏像素失控的原因很多,其中最主要的原因就是“LED失效”。

  LED失效的主因又可分为两个方面:一是LED自身品质不佳;二是使用方法不当。通过分析我们归纳出LED失效模式和上述两个主因之间的对应关系。

  上述我们谈到很多LED的失效通常在LED的常规检验测试中是无法发现的。除了在受到静电放电、大电流(造成结温过高)、外部强力等不当使用外,很多LED失效是在高温、低温、温度快速变化或其他恶劣条件下,由于LED芯片、环氧树脂、支架、内引线、固晶胶、PPA杯体等材料热膨胀系数的差异,引发其内部应力的不同而产生的,因此,LED的质量检测是一项十分复杂的工作。

  4、寿命

  影响LED显示屏寿命的因素有内因和外因,内因有外围部件性能、LED发光器件的性能、产品抗疲劳性能;内因有LED显示屏的工作环境等等。

  1). 外围部件影响

  除了LED发光器件之外,LED显示屏还使用了许多其他的外围部件,包括电路板、塑胶壳体、开关电源、接插件、机壳等,任何一个部件出现问题,都可能导致显示屏的寿命降低。所以,显示屏的最长寿命是由最短寿的那个关键部件的寿命决定的。比如,LED、开关电源、金属外壳均按8年标准选料,而电路板的防护工艺性能只能支持其工作3年,3年之后因为锈蚀会发生损坏,那我们也只能得到一块3年寿命的显示屏。

  2). LED发光器件性能的影响

  LED发光器件是显示屏最关键也是与寿命最相关的部件。对于LED,主要是以下指标:衰减特性、防水汽渗透特性、抗紫外线性能。如果LED显示屏厂家对LED器件的指标性能评估不过关,就应用到显示屏中,会导致大量的质量事故,严重影响了LED显示屏的寿命。

  3). 产品的抗疲劳性能影响

  LED显示屏产品的抗疲劳性能如何,取决于生产工艺。拙劣的三防处理工艺制作出的模组抗疲劳性能难以保证,在温湿度变化时,电路板防护表面会出现裂痕,导致防护性能下降。

  所以LED显示屏的生产工艺也是决定显示屏寿命的关键因素。显示屏制作所涉及到的生产工艺有:元器件储藏与预处理工艺、过炉焊接工艺、三防处理工艺、防水密封工艺等。工艺的有效性与材料选择与配比、参数控制以及操作工素质相关,对于绝大LED显示屏厂家来说,经验的积累很重要,一个拥有多年经验的工厂对生产工艺的把控会更加有效。

  4). 工作环境的影响

  因用途不同,显示屏的工作条件千差万别。从环境方面来讲,户内的温差小,无雨雪及紫外线影响;户外的温差最大可达70度,外加风吹日晒雨淋。恶劣的环境会加剧显示屏的老化,工作环境是影响显示屏寿命的重要因素。

  LED显示屏的寿命是由多种因素决定的,但是,由许多因素造成的寿命终结是可以通过零部件(比如开关电源)的更换来不断地延续寿命。而LED则是不可能被大量更换的,因此,一旦LED寿命终结,则意味着显示屏寿命的终止。

  我们说LED寿命决定显示屏的寿命,但并不是说LED寿命等于显示屏寿命。由于显示屏在工作时并不是每只LED每时每刻都在满负荷工作,显示屏在正常播放视频节目的情况下,显示屏的寿命期应该是LED寿命期的6~10倍,当LED工作在小电流的状况下寿命可以更长。因此,选用该品牌LED的显示屏寿命期可达5万小时左右。

  怎样使LED寿命期更长?一般情况下我们可以从器件制造和器件应用两方面着手。从器件制造方面来讲:选择优质的外延材料;加大芯片面积,减小电流密度;均衡电流密度;降低热阻;选择性能优良而抗紫外能力强的封装材料等都可以使LED寿命更长。

  从器件应用方面讲:将散热作为从模块设计到工程实施甚至将来系统维护的一个中心工作;降低LED工作电流;正确配置LED,使各基色LED同步衰减等都是可以延长LED使用寿命的。

  LED灯是否稳定,品质的好坏与灯体本身散热至为重要,目前市场上高亮度LED全彩屏的散热,通常采用自然散热,效果并不理想。散热做的不理想,灯具本身的寿命也会受影响。

  5、能耗与能效

  提高LED光效,降低显示屏能耗是LED显示屏技术一个重要的发展方向,它具有如下积极意义:一是节能、减排,保护环境;二是降低电力增容、动力设备及散热设备的投入;三是节省电费降低运营成本;四是降低显示屏温升;五是延缓LED衰减速度;六是提高系统可靠性;七是延长显示屏寿命;八是减小显示屏光电参数的温漂,稳定图像效果。

  LED的发光效率(即外量子效率)是由LED内量子效率和逃逸率决定的。现今,LED的内量子效率已高达90%以上,但是由于逃逸率较低,因此外量子效率成为提高LED光效的瓶颈。为了突破这个制约行业发展的瓶颈,许多新颖的解决方案被提出,同时得到了理论验证,其中大多数已进入试验阶段,部分已获得了成功,并且为最终的产业化奠定了坚实的基础。

  LED作为一种绿色、节能光源受到人们的青睐,也必将作为一种主流媒体,引领显示技术的未来。

  总之,器件制造与器件应用本身是一个相辅相成的统一体,器件技术的进步给应用市场带来繁荣,而应用市场的需求则是器件技术进步的永恒动力。只有上下游企业共同努力,才能开创LED显示屏技术新的未来。

关键字:LED  显示屏

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现任华润矽威科技(上海)有限公司市场部经理/高工,上海市传感技术学会理事、副秘书长。

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