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LED显示屏分类及封装技术要求

        近几年随着北京奥运会、上海世博会、广州亚运会的举办,led显示屏的身影随处可见。LED显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像;不仅可以用于室内环境还可以用于室外环境,具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点。

  LED受到广泛重视并得到迅速发展,与它本身所具有的优点密不可分。这些优点概括起来是:亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。LED的发展前景极为广阔,目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性,可靠性、全色化方向发展。

  一、LED显示屏的种类

  1、根据颜色分类

  单基色显示屏:单红或单绿;双色显示屏:红和绿双基色,256级灰度、可以显示65536种颜色;全彩显示屏:红、绿、蓝三基色,256级灰度的全彩色显示屏可以显示1600多万种色。

  2、根据组成像素单元分类

  数码显示屏:显示像素为7段数码管,适于制作时钟屏、利率屏等;

  图文显示屏:显示像素为点阵模块,适于播放文字、图像信息;

  视频显示屏:显示像素由许多发光二极管组成,可以显示视频、动画等各种视频文件。

  3、根据使用位置分类

  户内显示屏:发光点小,像素间距密集,适合近距离观看;

  半户外显示屏:介于户内和户外之间,不防雨水,适合在门楣作信息引导等用;

  户外显示屏:发光点大,像素间距大,亮度高,可在阳光下工作,具有防风、防雨、防水功能,适合远距离观看。

  4、按驱动方式有静态、横向滚动、垂直滚动和翻页显示等。

  二、显示屏用LED种类及优缺点

  根据显示屏的分类,所使用的像素LED也可以分为以下几种:

  1、点阵模块

  优点:成本低、加工工艺成熟、品质稳定;缺点:亮度、颜色一致性不好控制,容易出现马赛格现象;

  2、直插灯

  优点:色彩一致性比较好控制,像素间距大小可以根据需要自由调整组合;缺点:红绿蓝混色效果不佳,角度不大,不好控制角度的一致性,加工上容易出现高低不平、上下左右容易错位;

  3、贴片

  优点:显示色彩、混色效果、角度一致性等都是最好的;缺点:包装、加工等成本高;

  三、显示屏用LED封装技术要求

  不同应用位置将使用不同规格的显示屏,不同的显示屏又需要不同技术要求的LED器件,那么显示屏用LED到底有哪些技术要求呢,下面按照不同的分类逐一说明:

  1、户内显示屏用贴片LED。

  户内显示屏用的贴片LED又分为“三并一”和“三合一”,其中前者多用于比较低成本,显示要求不高的领域,后者显示效果较佳,成本也相对较高,下面主要就“三合一”做一些说明;

  1、亮度:

  首先要考虑的是产品亮度的合适比例配搭,目前大多数全彩显示屏的红绿蓝亮度配搭都是按照3:6:1(就是一个像素里面红色亮度占30%,绿色占60%,蓝色占10%)的比例;一般来说封装厂和上游的晶片厂商几乎都是按照20mA来测试产品的,但是真正应用到显示屏上,几乎都不是这个电流在驱动LED灯的,一般来说红绿蓝三种LED由于构成在晶片材质不一样,它们在实际使用中的发热、发光、亮度衰减也不成比例,通常来说红色衰减比例小一些,蓝绿衰减大一些,所以来说为了能保证显示屏的使用寿命相对长一些,一般设计者会将蓝绿驱动电流比红色低一些;举例来说:如果红色按照18mA驱动,绿色15mA驱动,蓝色 12mA驱动,根据LED晶片IV-If关系:

  大致我们可以推算出来,实际需要的LED的亮度,红绿蓝的关系是:

  R:3÷90%

  G:6÷75%

  B:1÷60%

  同时还要对亮度进行分档,分档的目的就是要使做出来的显示屏不要让肉眼就能看出亮度的差异,一般来说人眼能够比较敏感的分辨的亮度差是30%,扣除设备的测试误差和安装机构误差,设计分光按照10%~20%分档是比较好的。

2、颜色:

  根据光学效应,白光通过棱镜后被分解成多种颜色逐渐过渡的色谱,颜色依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫,这就是可见光谱。其中人眼对红、绿、蓝最为敏感,人的眼睛就像一个三色接收器的体系,大多数的颜色可以通过红、绿、蓝三色按照不同的比例合成产生。同样绝大多数单色光也可以分解成红绿蓝三种色光。

  这是色度学的最基本原理,即三原色原理。三种原色是相互独立的,任何一种原色都不能有其它两种颜色合成。红绿蓝是三原色,这三种颜色合成的颜色范围最为广泛。红绿蓝三原色按照不同的比例相加合成混色称为相加混色。三原色是这样的三种颜色,它们相互独立,其中任一色均不能由其它二色混合产生。

  不同比例的三原色光相加得到彩色称为相加混色。其规律为:

  红+绿=黄

  红+蓝=紫

  蓝+绿=青

  红+蓝+绿=白

  显示屏用LED最好的颜色搭配是:红色620-630nm、绿色520-530nm、蓝色465-475nm,当然这个范围还可以根据实际需要缩小,比如红色以3nm为一档、蓝绿以2.5nm为一档。

  角度:其实对于角度来说当然是越大越好,不过更重要的是角度不只是大就好,还需要角度曲线要饱满、光滑,红绿蓝要能一致重合,否则就会出现显示屏做好后,某些位置会显示暗区,或者某一种颜色特别亮或特别暗;

  3、电性参数:

  LED的电性参数主要表现在正向电压(vf)反向电流(Ir)和抗静电(ESD),一般作显示屏都采用5v直流电源定电流驱动,所以:LED的Vf一般不要求一致性太高,只要控制在一个合理的范围即可(一般红色1.8-2.2v,蓝绿3.0-3.4v);ESD一般来说是越大越好,因为ESD无处不在,所以LED的ESD越大,做显示屏的加工就越不容易出问题;反向电流要求Vr=5v,Ir≦10uA。

  户外显示屏用椭圆直插LED

  户外显示屏用LED一般多用椭圆结构的直插灯,相对于户内显示屏用LED来讲,户外用椭圆灯主要在发光角度上有分横向和纵向的角度问题,一般显示屏在户外来说,横向的可视范围都比较大,纵向的可视范围相对较小些;

  一般来说户外显示屏的LED横向角度在110度左右,纵向在50度左右是比较好的,由于直插灯的角度有很多因素影响,主要表现在:

  (1)LED的封装外观形状;

  (2)支架的碗杯结构;

  (3)晶片以及本身的结构;

  (4)封装胶水的折射率;

  (5)材料品质的一致性;

  (6)封装工艺(即晶片的发光高度位置);

  因此,户外显示屏用LED的角度更不好掌握,不但需要良好的设计,同时还要有较好的工艺设计和品质管制水平。随着技术的不断提升,显示屏的要求也会越来越高,当然对LED封装技术的要求也就同样高的要求。