LED顯示屏是集電子、電力、計算機、通訊、信息、圖像處理、光學、材料、結構等多學科技術于一體的高科技工程產品。這其中的任何一門學科領域里的相關工程技術問題均會影響整個顯示屏的最終運行效果。一個完美的led顯示屏必然是多學科技術的有機結合體。

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的相互關系及相關改進的有效舉措。

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，對節省耗電、保持LED穩定有好處。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，應在亮度、角度和價格上找到一個平衡點。

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是屏體信號點亮效率，gmax是色彩校正因素，S是系統的掃描方式（可取1，2……）。在進行全彩LED顯示屏設計應用時，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，盡量使三基色的標稱值接近3:6：1（紅：綠：藍）。

受半導體技術和封裝技術的限制，早期的LED燈管光效低，紅、綠、藍基色的發光強度小， 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驅動電流設定值一般較高，電流設定高必然導致LED工作溫度升高，這將不利于顯示屏的長期使用；通過恰當設計像素點組合來提高像素點亮度，如采用多個LED燈管串聯來提高單基色的亮度值，從而達到提高led顯示屏的亮度，是以前工程應用中常使用的設計方法，但是這樣必然增加整個顯示屏的成本。隨著LED芯片及封裝技術的發展，LED燈管的光效得到大大提升，已經完全能夠滿足led顯示屏的戶內外的亮度需求，并且可以將LED的工作電流設定在額定安全工作電流之下以確保系統可靠性。

用于室外的led顯示屏應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，經驗上10:1是容許的最低限度，20:1是標準，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.實際工程中從結構上，增加面罩的色深，增加面罩的帽檐和反光臺階的設計，均可以有效地提高戶外顯示屏的對比度效果。

led顯示屏點陣模塊驅動一般采用恒流驅動芯片來完成，該芯片內部包括串行移位寄存器、串并轉換和恒流驅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換成驅動LED發光的恰當的驅動電流的轉換器件。恒流器件的開關恒流的品質因素將影響led顯示屏的有效亮度。特別是當顯示屏的刷新頻率和顯示灰度級數越高的情況下，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，特別是當其電壓低于LED正常導通電壓時，LED發光效果受到影響，從而影響了整個顯示屏的亮度。

綜上所述，為了解決顯示屏應用出現的亮度問題，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計預先留足余量；進行恰當的像素點組合設計，保證像素點合理的出光視角，通過燈的合理排布和結構設計，增加顯示屏的視覺對比度；選用高品質的恒流驅動芯片，進行合理的驅動電流和電壓設計，以保證LED高效的驅動。

當然，保證LED高效的驅動需要企業強大的研發和技術實力為支撐，LED顯示行業經過近幾年的高速發展，也成長起來了一批優秀的顯示屏應用及顯示光源封裝企業，如顯示光源封裝企業--柏獅，經過數年的發展壯大，現在擁有自己的顯示研發實驗室，致力于LED顯示技術的研究，并聯合國內著名重點科研院所進行了大量的led顯示屏應用方面的技術研究工作。

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普遍，這是業界經常遇到的棘手問題。

全彩顯示屏是由無數個紅、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。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好的，相反條件下的顯示屏可能會出現花屏、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，需要在封裝透鏡設計、原物料選擇上嚴格進行科學設計，這取決于封裝供應商的技術水平。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重，將造成顯示屏的一致性差。

實際生產中的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，所以一定要在生產采用混燈工藝使LED燈在顯示屏上成正態分布，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整電阻的精度差異可能會影響LED發光效果，從而影響顯示屏白平衡一致性；信號系統的編碼和信號傳輸的帶寬差異也可能影響led顯示屏的白平衡一致性。在LED點陣模塊的設計中，像素點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的光學疊加效果，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的光學參數與pn結結溫有很大的關系。若環境溫度較高，LED主波長或λp就會向長波長漂移，尤其是點陣、大屏幕的溫升對LED的可靠性、穩定性影響很大。LED器件發光區材料的禁帶寬度值直接決定了器件發光的波長或顏色。InGaAlP和InGaN等LED的芯片材料屬于III-V族化合物半導體，它們的性質與GaAs相仿，當溫度升高時，材料禁帶將減小，導致器件發光波長變長，顏色發生紅移，波長隨結溫變化表示為：λ（T2）=λ（T1）+？T*K （nm/℃）。一般K=0.1，每當結溫升高10度，則波長向長波漂移1nm，且發光的均勻性、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、綠區，很小波長就將導致人眼感覺上變化，從而對藍綠LED器件的溫升效應提出了更高的要求。

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顯示屏產品而言，對產品采用一定的檢測的方法和手段固然重要，但鑒于產品不菲的價值且很多缺陷是無法通過事后維修解決，檢測和檢驗能為后續產品改善提供依據和方向，但不能改變既成事實的缺陷產品，因此事前控制顯得尤為珍貴。能夠穩定有效地保證對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；分光分色設備的嚴格管理，專人專機操作機臺及工位，保證產品的各項參數的一致性。

2、在封裝透鏡設計、原物料選擇上嚴格進行科學設計，做到紅、綠、藍三種LED在不同角度時亮度變化的匹配一致性；在LED顯示模塊設計時，合理選用驅動電路和信號處理算法，并進行PCB的合理優化設計，以保證恒流精度和減小顯示屏模塊內部溫差；在LED顯示模塊生產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會出現不同程度的亮度和色度的下降，嚴重影響顯示效果。采用亮度和顏色矯正控制技術，可實現亮度《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工作過一段時間以后的模塊保持亮度和色度的一致。點校正運算公式為：

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，國內有少數企業建立起來了顯示研發實驗室，聯合國內高校及科研院所，針對點校正進行了大量研究，筆者所在的柏獅公司就已經研發出行業領先的點校正技術，確保顯示屏長期有效使用。

三、LED失效問題

LED是全彩LED顯示屏的最關鍵器件，相當于電腦的CPU.LED的選擇已經決定了整個顯示屏50%以上的質量。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量的缺陷。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，按行業經驗，在led顯示屏開始裝配至老化72小時出貨前的失效率應不高于萬分之三（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不恰當使用致使膠體里面進水汽，影響了LED的光學效果。

針對LED失效問題。首先應用設計出發，需要選好恰當的電路，從電路接口減少靜電威脅，杜絕大電流脈沖損壞LED的工作狀態發生，需要設計合理的結構保護密封LED，杜絕可能外力拉傷LED管腿的現象發生。

其次在生產中注意合理使用LED的細節掌控：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格掌控，顯示屏裝配工廠應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、防靜電衣、濕度控制、設備接地（尤其切腳機）等都是基本要求，并且要用靜電儀定期檢測；須嚴格控制好波鋒焊的溫度及過爐時間。建議為：預熱溫度100℃±5℃，最高不超過120℃，且預熱溫度上升要求平穩，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，直到恢復常溫狀態。

波峰焊機的溫度參數要定期檢測，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LED不亮時，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產品失效問題的有效控制是封裝、顯示屏設計、生產和顯示屏工程中需要注意預防控制的重要環節。而這些環節的有效保障需要我們行業孕育出更多像柏獅、國星、雷曼、利亞德等這樣的優秀企業，推行更加嚴格的品質管理體系，從設計、采購、生產、品質檢測、包裝、運輸、售前和售后跟蹤全過程進行產品的品質監測，確保產品“品質服務零缺陷”，推動整個行業的健康有序的成長。
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