LED显示屏由一列发光二极管排列组合而成,因此LED的质量直接影响显示屏的整体品质。决定LED品质的指标有五个:亮度与视角、均匀性与清晰度、像素失控率、寿命、能耗与能效。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。散热就是影响LED显示屏质量和使用寿命的关键因素。

    LED显示屏五大关键指标

    LED(发光二极管)对显示屏的重要性就好比汽车的引擎、空调的压缩机。选择一款性能优良的LED是完成一个高性能LED显示屏的基本条件。然而,即使同样的配菜、同样的调料、同样的灶具,不同水平的厨师也可能烹饪出千差万别的菜肴。因此,能否用好LED更是检验显示屏制造商的试金石。一般认为显示屏有以下五大关键性能指标与LED品质参数息息相关:亮度与视角、均匀性与清晰度、像素失控率、寿命、能耗与能效。

    一、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。在能源紧张的今天,我们是否有更合理的解决之道?值得深思。

    二、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”。

    三、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。

    再者,对于GaN基LED而言,静电放电是其失效的最大诱因。静电放电导致LED失效的机理非常复杂,设备、工具、器皿及人体均有可能带有静电并对其放电,这种静电少则几百伏,高则几万伏,放电时间在纳秒级水平。我们在显示屏生产、安装、使用过程中出现的蓝绿管失效,往往就是LED-PN结被静电放电击穿所至。国际静电协会严格规定了静电放电模式,主要分为人体放电模式(HBM)和机器放电模式(MM)。我国对器件的静电放电敏感度(ESDS)分为三个等级(人体模式):1级为0~1999V;2级为2000~3999V;3级为4000V以上。一般情况下LED的静电放电敏感度在人体模式下在几百伏~上万伏之间,而在机器模式下只有几十伏到五百伏左右。LED显示屏由于生产过程繁杂,静电放电防不胜防,因此,LED静电放电敏感度应选择2级或以上为妥(人体模式),而静电防护必须贯穿生产全过程。

    四、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。

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