全彩显示屏专用LED的选择和使用

一、 概述

    全彩LED显示屏是一种新型的电子传播媒体，在大尺寸、高亮度、环境适应性方面具有无可替代的优势，可用于户内大尺寸、户外大尺寸的图文、视频显示，主要应用于广告媒体、舞台布景、楼宇装饰、交通信息、体育场馆等用途。随着LED芯片技术、封装技术和LED显示屏制造技术的快速提升和价格的进一步下降，全彩LED显示屏正在跨过性价比的应用门槛，获得巨大的市场应用和需求。

二、全彩显示屏专用LED的选择

    全彩LED显示屏的最关键部件是LED器件。原因有三：第一，LED是全彩屏整机中使用数量最多的关键器件，每平方米会使用几千至几万只LED；第二，LED是决定整屏光学显示性能的主体，直接影响观众对显示屏的评价；第三，LED在显示屏整体成本中所占比例最大，从30%至70%不等。

    LED是全彩LED显示屏的最关键器件，相当于电脑的CPU。LED的选择已经决定了整个显示屏50%以上的质量。如果未能选择好LED，显示屏的其他部件再好也无法弥补显示屏质量的缺陷。

    全彩LED显示屏专用LED的品质和参数可归结为以下五大要素：

    1、 失效率

    由于全彩显示屏由上万甚至几十万组红、绿、蓝三种LED组成的像素点组成，任一颜色LED的失效均会影响显示屏整体视觉效果。一般来说，按行业经验，在LED显示屏开始装配至老化72小时出货前的失效率应不高于万分之三（指LED器件本身原因引起的失效）。

    2、 抗静电能力

    LED是半导体器件，对静电敏感，极易引致静电失效，故抗静电能力对显示屏的寿命至关重要。一般来说，LED的人体静电模式测试失效电压不应低于2000V。

    3、 衰减特性

    红、绿、蓝LED均具有随着工作时间的增加而亮度衰减的特性。LED芯片的优劣、辅助物料的好坏及封装工艺水平的高低决定了LED的衰减速度。一般来说，1000小时、20毫安常温点亮试验后，红色LED的衰减应小于10%，蓝、绿色LED的衰减应小于15%。红、绿、蓝衰减的一致性对全彩LED显示屏日后的白平衡影响很大，进而影响显示屏的显示保真度。

    4、亮度

    LED亮度是显示屏亮度的重要决定因素。LED亮度越高，使用电流的余量越大，对节省耗电、保持LED稳定有好处。LED有不同的角度值，在芯片亮度已定的情况下，角度越小，LED则越亮，但显示屏的视角则越小。一般应选择100度的LED以保证显示屏足够的视角。针对不同点间距和不同视距的显示屏，应在亮度、角度和价格上找到一个平衡点。

    5、 一致性

    全彩显示屏是由无数个红、绿、蓝LED组成的像素拼成的，每种颜色LED的亮度、波长的一致性决定了整个显示屏的亮度一致性、白平衡一致性、色度一致性。一般来说，显示屏厂家要求器件供应商提供5nm的波长范围及1：1.3的亮度范围的LED，这些指标可由器件供应商通过分光分色机进行分级达到。电压的一致性一般不做要求。

    由于LED是有角度的，故全彩LED显示屏同样具有角度方向性，即在不同角度观看时，其亮度是会递增或递减的。这样，红、绿、蓝三种颜色LED的角度一致性将严重影响不同角度白平衡的一致性，直接影响显示屏视频颜色的保真度。要做到红、绿、蓝三种LED在不同角度时亮度变化的匹配一致性，需要在封装透镜设计、原物料选择上严格进行科学设计，这取决于封装供应商的技术水平。法向方向白平衡再好的显示屏，如果LED的角度一致性不好，整屏不同角度的白平衡效果将是糟糕的。LED器件的角度一致性特性可用LED角度综合测试仪测出，对于中、高档显示屏尤为重要。

三、全彩显示屏专用LED的使用：

    品质的LED也需要一个良好的使用方法和环境，归结起来有如下八大使用要点：

    1、 防静电

    显示屏装配工厂应有良好的防静电措施。专用防静电地、防静电地板、防静电烙铁、防静电台垫、防静电环、防静电衣、湿度控制、设备接地（尤其切脚机）等都是基本要求，并且要用静电仪定期检测。

    2、 过波峰焊温度及时间

    须严格控制好波锋焊的温度及过炉时间，建议为：预热温度100℃±5℃，最高不超过120℃，且预热温度上升要求平稳，焊接温度为245℃±5℃，焊接时间建议不超过3秒，过炉后切忌振动或冲击LED，直到恢复常温状态。波峰焊机的温度参数要定期检测，这是由LED的特性决定的，过热或波动的温度会直接损坏LED或造成LED质量隐患，尤其对于小尺寸如3mm的圆形和椭圆形LED。

    3、 设计电流值

    LED的标称电流为20mA，一般建议其最大使用电流为不超过标称值的80%，尤其对于点间距很小的显示屏，由于散热条件不佳，还应降低电流值。

    根据经验，由于红、绿、蓝LED衰减速度的不一致性，有针对性地降低蓝、绿LED的电流值，以保持显示屏长时间使用后白平衡的一致性。

    4、 混灯

    同一种颜色不同亮度档的LED需要混灯，或者按照离散规律设计的插灯图进行插灯，以保证整屏每种颜色亮度的一致性。此工序如果出现问题，会出现显示屏局部亮度不一致的现象，直接影响LED显示屏的显示效果。

    5、 控制好灯的垂直度

    对于直插式LED来说，过炉时要有足够的工艺技术保证LED垂直于PCB板。任何的偏差都会影响已经设置好的LED亮度一致性，出现亮度不一致的色块。

    6、 散热设计

    LED工作时会发热，温度过高会影响LED的衰减速度和稳定性，故PCB板的散热设计、箱体的通风散热设计都会影响LED的表现。

    7、 虚焊控制

    LED显示屏在出现LED不亮时，往往有超过50%概率为各种类型的虚焊引起的，如LED管脚虚焊、IC管脚虚焊、排针排母虚焊等。这些问题的改善需要严格地改善工艺并加强质量检验来解决。出厂前的振动测试也不失为一种好的检验方法。

    8、 驱动电路设计

    显示屏模块上的驱动电路板驱动IC的排布亦会影响到LED的亮度。由于驱动IC输出电流在PCB板上传输距离过远，会使得传输路径压降过大，影响LED的正常工作电压导致其亮度降低。我们常会发现显示屏模块四周的LED亮度比中间低一些，就是这个原因。故要保证显示屏亮度的一致性，就要设计好驱动电路分布图。

    以上是从选择和使用的角度介绍了全彩显示屏专用LED的相关知识，全彩LED显示屏是一个系统集成的产品，需要LED封装厂商与显示屏应用厂商的密切配合，加强技术交流。中国现在已经成为全世界LED显示屏的制造中心，正在向LED显示屏制造强国靠拢。到目前为止，中国大陆全彩屏用途LED的封装水平已有大幅度提高，很多指标已接近日本厂商的水平，个别指标已经超越，这将极大地促进我国LED显示屏事业的发展。

    作者简介：李漫铁（1968—），男（汉族），湖南人，电子工程学士，工商管理硕士，现任深圳雷曼光电科技有限公司总经理。1990年本科毕业于华南理工大学无线电工程系，2005年毕业于上海交通大学安泰管理学院EMBA。