LED顯示屏五大關(guān)鍵指標(biāo)，決定顯示屏的品質(zhì)

LED顯示屏由一列發(fā)光二極管排列組合而成，因此LED的質(zhì)量直接影響顯示屏的整體品質(zhì)。決定LED品質(zhì)的指標(biāo)有五個(gè)：亮度與視角、均勻性與清晰度、像素失控率、壽命、能耗與能效。影響LED顯示屏壽命的因素有內(nèi)因和外因，內(nèi)因有外圍部件性能、LED發(fā)光器件的性能、產(chǎn)品抗疲勞性能;內(nèi)因有LED顯示屏的工作環(huán)境等等。散熱就是影響LED顯示屏質(zhì)量和使用壽命的關(guān)鍵因素。

LED顯示屏五大關(guān)鍵指標(biāo)

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。

一、亮度與視角

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。

二、均勻性與清晰度

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”。

三、顯示屏像素失控

造成顯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。

四、壽命

影響LED顯示屏壽命的因素有內(nèi)因和外因，內(nèi)因有外圍部件性能、LED發(fā)光器件的性能、產(chǎn)品抗疲勞性能;內(nèi)因有LED顯示屏的工作環(huán)境等等。

1.外圍部件影響

除了LED發(fā)光器件之外，LED顯示屏還使用了許多其他的外圍部件，包括電路板、塑膠殼體、開關(guān)電源、接插件、機(jī)殼等，任何一個(gè)部件出現(xiàn)問題，都可能導(dǎo)致顯示屏的壽命降低。所以，顯示屏的最長壽命是由最短壽的那個(gè)關(guān)鍵部件的壽命決定的。比如，LED、開關(guān)電源、金屬外殼均按8年標(biāo)準(zhǔn)選料，而電路板的防護(hù)工藝性能只能支持其工作3年，3年之后因?yàn)殇P蝕會發(fā)生損壞，那我們也只能得到一塊3年壽命的顯示屏。

2、LED發(fā)光器件性能的影響

LED發(fā)光器件是顯示屏最關(guān)鍵也是與壽命最相關(guān)的部件。對于LED，主要是以下指標(biāo)：衰減特性、防水汽滲透特性、抗紫外線性能。如果LED顯示屏廠家對LED器件的指標(biāo)性能評估不過關(guān)，就應(yīng)用到顯示屏中，會導(dǎo)致大量的質(zhì)量事故，嚴(yán)重影響了LED顯示屏的壽命。

3.產(chǎn)品的抗疲勞性能影響

LED顯示屏產(chǎn)品的抗疲勞性能如何，取決于生產(chǎn)工藝。拙劣的三防處理工藝制作出的模組抗疲勞性能難以保證，在溫濕度變化時(shí)，電路板防護(hù)表面會出現(xiàn)裂痕，導(dǎo)致防護(hù)性能下降。

所以LED顯示屏的生產(chǎn)工藝也是決定顯示屏壽命的關(guān)鍵因素。顯示屏制作所涉及到的生產(chǎn)工藝有：元器件儲藏與預(yù)處理工藝、過爐焊接工藝、三防處理工藝、防水密封工藝等。工藝的有效性與材料選擇與配比、參數(shù)控制以及操作工素質(zhì)相關(guān)，對于絕大LED顯示屏廠家來說，經(jīng)驗(yàn)的積累很重要，一個(gè)擁有多年經(jīng)驗(yàn)的工廠對生產(chǎn)工藝的把控會更加有效。

4.工作環(huán)境的影響

因用途不同，顯示屏的工作條件千差萬別。從環(huán)境方面來講，戶內(nèi)的溫差小，無雨雪及紫外線影響;戶外的溫差最大可達(dá)70度，外加風(fēng)吹日曬雨淋。惡劣的環(huán)境會加劇顯示屏的老化，工作環(huán)境是影響顯示屏壽命的重要因素。

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)。

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。

有些廠商不察，以一般的白色文字油墨替代LED專用的背光油墨，相當(dāng)于加上一層硬質(zhì)油漆，把熱度封住。在多次失敗后，已有廠商接受新的觀念與制程，從總體散熱方案著眼。鋁基板改用LED專用的散熱型白色背光油墨涂布，若指定使用微黃色的背光油墨，會增強(qiáng)反射率到91%。以軟陶瓷散熱漆噴涂于銅箔基板與鋁基板之間，可減少日系導(dǎo)熱膠膜的使用量，以極低的成本提高耐擊穿電壓。

LED燈是否穩(wěn)定，品質(zhì)的好壞與燈體本身散熱至為重要，目前市場上高亮度LED全彩屏的散熱，通常采用自然散熱，效果并不理想。散熱做的不理想，燈具本身的壽命也會受影響。

業(yè)界對散熱材料的應(yīng)用，不應(yīng)只關(guān)注散熱系數(shù)，而忽略了熱阻值。如果只看到某種散熱貼片、散熱膏、散熱漆或?qū)崮z膜的散熱系數(shù)很好，就認(rèn)為可以把高熱傳導(dǎo)出去，可能要大失所望。預(yù)期溫度因此下降、不會因過熱而光衰、路燈壽命可有效延長、驗(yàn)收順利過關(guān)的情形，可能不會發(fā)生。

從基板線路蝕刻上錫、涂布LED顯示屏大屏幕背光油墨、上保護(hù)膠膜進(jìn)烤箱烘烤、整板整平、貼導(dǎo)熱膠膜，再以黏著膠或鎖具將散熱模組結(jié)合，在此一繁瑣的過程中可發(fā)現(xiàn)：具備再好的導(dǎo)熱系數(shù)材料，也會被熱阻阻抗打敗?？諝狻⒔Y(jié)合處不密合的孔隙、散熱墊片、散熱膏矽油揮發(fā)后形成的粉狀物、多層導(dǎo)熱膠膜的膜厚，都會形成熱阻抗。這些多層次的熱阻會妨礙熱的傳導(dǎo)速率，熱傳導(dǎo)很慢，甚至傳導(dǎo)不到燈具表層，變成熱度不斷累積增加。鋁基板表面的白色背光油墨不僅要能反射，還要能把下層的熱度透過表面的背光油墨發(fā)散出去。

要保護(hù)LED顯示屏或燈具不受氣候環(huán)境侵蝕，把熱度有效傳導(dǎo)出去，省錢又有效的方法是噴涂軟陶瓷散熱漆。惟有從總體散熱觀念出發(fā)，減少熱阻干擾，才是LED大型燈具通過驗(yàn)收的關(guān)鍵。燈具保護(hù)外殼應(yīng)摒棄傳統(tǒng)電鍍或烤漆，這兩種工法會把熱度封回?zé)艟邇?nèi)戶外LED顯示屏長期暴露在自然環(huán)境下，當(dāng)戶外高溫之際，LED顯示屏散熱則變成了一個(gè)重要的問題，LED顯示屏散熱間接影響著LED顯示屏的使用壽命，更甚者，直接影響到LED顯示屏的屏體正常使用和安全。

五、能耗與能效

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(dòng)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(dòng)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。