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        公司動態

        LED制造應用相輔相成 五大因素決定顯示屏質量

        文字:[大][中][小] 手機頁面二維碼 2020-3-31     瀏覽次數:    
          LED(發光二極管)對顯示屏的重要性就好比汽車的引擎、空調的壓縮機。選擇一款性能優良的LED是完成一個高性能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更是檢驗顯示屏制造商的試金石。一般認為顯示屏有以下五大關鍵性能指標與LED品質參數息息相關:亮度與視角、均勻性與清晰度、像素失控率、壽命、能耗與能效。
          亮度與視角
          顯示屏亮度主要取決于LED發光強度和LED密度。
          顯示屏視角應解決光通量浪費問題。
          顯示屏亮度主要取決于LED的發光強度和LED密度。近幾年LED在襯底、外延、芯片及封裝等方面的新技術層出不窮,尤其是氧化銦錫(ITO)電流擴展層技術及工藝的穩定與成熟,使LED的發光強度有了大幅提高。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,綠管的發光強度已高達4000mcd,紅管達1500mcd,藍管達1000mcd。在像素間距為20mm時,顯示屏亮度可達到10000nit以上。顯示屏可在各種環境下全天候工作。
          在談到顯示屏視角時,有一個值得我們思考的現象: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,而以現有LED顯示屏的產品形態來看,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。
          均勻性與清晰度
          LED各項性能參數不一致是影響均勻性的主要原因。
          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。
          LED顯示屏技術發展到今天,均勻性已成為衡量顯示屏優劣的重要指標。人們常說LED顯示“點點燦爛,片片輝煌”,就是對像素之間和模塊之間嚴重不均勻的一種形象比喻。專業一點的說法是“灰塵效應”和“馬賽克現象”。
          造成不均勻現象的根源主要有:LED各項性能參數的不一致;顯示屏在生產、安裝過程中組裝精度的不足;其它電子元器件的電參數一致性不夠;模塊、PCB設計的不規范等。
          其中“LED各項性能參數的不一致”是主因。這些性能參數的不一致主要包括:光強不一致、光軸不一致、色坐標不一致、各基色光強分布曲線不一致以及衰減特性不一致等。如何解決LED性能參數的不一致現象,目前業內主要有兩種技術途徑:一是通過對LED規格參數的進一步細分,提高LED各項性能的一致性;二是通過后續校正的方式來改善顯示屏均勻性。后續校正也從早期的模組校正、模塊校正,發展到今天的逐點校正。校正技術則從單純的光強校正,發展到光強+色坐標校正。
          但是,我們認為后續校正并不是萬能的。其中,光軸不一致、光強分布曲線不一致、衰減特性不一致、拼裝精度差以及設計的不規范等是無法通過后續校正來消除的,甚至這種后續校正會使光軸、衰減、拼裝精度方面的不一致更加惡化。
          因此,通過實踐我們的結論是:后續校正僅僅是治表,而LED參數細分才是治本,才是LED顯示產業未來的主流。
          而論到顯示屏均勻性與清晰度的關系,業界則常常存在一個認識上的誤區,即以分辨率替代清晰度。其實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。試想一個存有嚴重“灰塵效應”和“馬賽克現象”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”。
          顯示屏像素失控。
          造成顯示屏像素失控的主要原因是LED失效。
          靜電放電是失效最大誘因。
          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方面:一是LED自身品質不佳;二是使用方法不當。通過分析我們歸納出LED失效模式和上述兩個主因之間的對應關系。
          上述我們談到很多LED的失效通常在LED的常規檢驗測試中是無法發現的。除了在受到靜電放電、大電流(造成結溫過高)、外部強力等不當使用外,很多LED失效是在高溫、低溫、溫度快速變化或其它惡劣條件下,由于LED芯片、環氧樹脂、支架、內引線、固晶膠、PPA杯體等材料熱膨脹系數的差異,引發其內部應力的不同而產生的,因此,LED的質量檢測是一項十分復雜的工作。
          再者,對于GaN基LED而言,靜電放電是其失效的最大誘因。靜電放電導致LED失效的機理非常復雜,設備、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,放電時間在納秒級水平。我們在顯示屏生產、安裝、使用過程中出現的藍綠管失效,往往就是LED-PN結被靜電放電擊穿所至。國際靜電協會嚴格規定了標準靜電放電模式,主要分為人體放電模式(HBM)和機器放電模式(MM)。我國對器件的靜電放電敏感度(ESDS)分為三個等級(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,而在機器模式下只有幾十伏到五百伏左右。LED顯示屏由于生產過程繁雜,靜電放電防不勝防,因此,LED靜電放電敏感度應選擇2級或以上為妥(人體模式),而靜電防護必須貫穿生產全過程。
          壽命
          LED的壽命決定了顯示屏的壽命。
          從器件制造和器件應用兩方面著手提高LED壽命。
          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是可以通過零部件(比如開關電源)的更換來不斷地延續壽命。而LED則是不可能被大量更換的,因此,一旦LED壽命終結,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的壽命通常以發光強度衰減到初始值50%的時間為壽命期。LED作為一種半導體材料,人們常說有10萬小時壽命,但那是在理想條件下的評估。而在實際使用狀況下是達不到的。我們有一個簡單的實驗方法和計算公式可以測算LED的壽命:將LED放置于與實際工作環境相同的條件下工作1000小時,并測得光強的初始值和終值,然后通過公式就可推出LED的壽命期。我們選定某品牌藍管在環境溫度為50℃、電流為20mA的環境下工作1000小時后測得終值為0.88×初始值,根據公式我們可算出該藍管在該環境下的壽命為5422小時。
          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并不是每只LED每時每刻都在滿負荷工作,顯示屏在正常播放視頻節目的情況下,顯示屏的壽命期應該是LED壽命期的6~10倍,當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5萬小時左右。
          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用兩方面著手。從器件制造方面來講:選擇優良的外延材料;加大芯片面積,減小電流密度;均衡電流密度;降低熱阻;選擇性能優良而抗紫外能力強的封裝材料等都可以使LED壽命更長。
          從器件應用方面講:將散熱作為從模塊設計到工程實施甚至將來系統維護的一個中心工作;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。
          能耗與能效
          提高LED光效,降低顯示屏能耗是發展方向。
          LED作為一種綠色、節能光源日益受到青睞。
          提高LED光效,降低顯示屏能耗是LED顯示屏技術一個重要的發展方向,它具有如下積極意義:一是節能、減排,保護環境;二是降低電力增容、動力設備及散熱設備的投入;三是節省電費降低運營成本;四是降低顯示屏溫升;五是延緩LED衰減速度;六是提高系統可靠性;七是延長顯示屏壽命;八是減小顯示屏光電參數的溫漂,穩定圖像效果。
          LED的發光效率(即外量子效率)是由LED內量子效率和逃逸率決定的?,F今,LED的內量子效率已高達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。為了突破這個制約行業發展的瓶頸,許多新穎的解決方案被提出,同時得到了理論驗證,其中大多數已進入試驗階段,部分已獲得了成功,并且為最終的產業化奠定了堅實的基礎。
          總之,器件制造與器件應用本身是一個相輔相成的統一體,器件技術的進步給應用市場帶來繁榮,而應用市場的需求則是器件技術進步的永恒動力。讓我們上下游企業共同努力,開創LED顯示技術新的未來。
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