從LED器件技術(shù)進(jìn)步看戶外顯示屏發(fā)展趨勢(shì)

1、從led器件技術(shù)進(jìn)步看戶外顯示屏發(fā)展趨勢(shì)程徳詩(shī)，李達(dá)紅(上海三思科技發(fā)展有限公司，上海201100)摘 要：文章通過(guò)對(duì)led封裝形態(tài)及配光特性的分析，揭示了傳統(tǒng)立插式led戶外顯示屏存 在的兩大缺陷的產(chǎn)生機(jī)理，并從近年來(lái)led芯片光效的大幅提升以及器件封裝技術(shù)的不斷突破 兩方面，探討戶外led顯示屏未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，關(guān)鍵詞:led :配光特性;封裝形態(tài)；戶外顯示；發(fā)展趨勢(shì)中圖分類號(hào):tn321 + .8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：bthe trend of the outdoor display viewing from thetech no logical progress of the led device

2、cheng de-shi, li da-hong(shanghai sansi technology co., ltd., shanghai 201100, china)abstract: th is paper makes an a lys is on the re lati on of the packagi ng style of leds and its light distributi on characte ristics. it re ve a is the root cause of the two main defects o, outdoor dis plays m ade

3、 of traditional through hole leds. it vie w s into and pays atte ntion tc the greatly enhanced light efficiency of leds and the steadily improvement on the packaging tech no logy .it tries to tell the deve lopme nt trend of outdoor led displays keywords: led; light distribution characteristics; pack

4、aging style; outdoor display; develop- men t tre nd二十世紀(jì)九十年代初戶外led顯示屏問(wèn)世，受 當(dāng)時(shí)led的發(fā)光效率低下的制約，業(yè)內(nèi)采取了壓縮 led視角(尤英是壓縮垂直方向視角)的技術(shù)路線, 使有限的光能集中于光軸方向，從而實(shí)現(xiàn)了提高顯 示屏光軸方向亮度的冃的，并促進(jìn)了戶外led顯旁 屏的持續(xù)發(fā)展。但是，該方法帶來(lái)的兩大弊端長(zhǎng)期以 來(lái)一直困擾著業(yè)界：(1)受眾范圍大大縮小；(2)亮廢 均勻性嚴(yán)重受損。進(jìn)入二十一世紀(jì)丄ed從外延材料生長(zhǎng)、芯片制合光效已提高了 3 4倍。因此采用壓縮視角而提高 光軸方向亮度的技術(shù)方法已不應(yīng)再成為業(yè)界提高亮 度的唯

5、一技術(shù)路線。提高顯示屏亮度的同時(shí)擴(kuò)人受 眾范圍并大幅改善亮度均勻性已成可行，戶外led 顯示屏進(jìn)行技術(shù)變革的時(shí)代業(yè)已來(lái)臨。1 led配光特性與顯示屏配光特性關(guān) 聯(lián)性分析人們通常會(huì)認(rèn)為 led配光特性就等于顯示屏 配光特性"o這是一個(gè)不準(zhǔn)確的說(shuō)法，準(zhǔn)確的說(shuō)led配光特性（以下用1（）表示）與顯示屏配光特 性（以下用b（）表示）z間的數(shù)學(xué)關(guān)系與測(cè)試方法 有關(guān)：（1）若我們測(cè)試顯示屏水平方向的配光特性, 而 測(cè)試圖像為一列豎線時(shí)；或測(cè)試顯示屏垂直方向的b（）=（1）（2）若我們測(cè)試顯示屏水平或垂直方向配光特 性，而測(cè)試圖像為大而積（大于測(cè)量?jī)x器的取樣范 圍）同一灰度圖像時(shí)，則：b（）=i（

6、e ycos（2）以上兩種測(cè)試方法中，方法（2）因?yàn)闉轱@示屛實(shí) 際應(yīng)用更為貼近，因此被業(yè)界更多地采用。目前我國(guó) 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)sj/t11281即采用了該測(cè)試方法。同吋，從公式（2）中我們可以得出結(jié)論：為了使 led顯示屏的配光特性b（）=1 （即顯示屏的亮 度 不隨觀察者的角度變化而變化），則led的配 光特性應(yīng)滿足1（）=cos©。即顯示屏用led的理想配2 led配光特性與顯示屏亮度及均勻 性關(guān)聯(lián)性分析通常我們所說(shuō)的某一特定規(guī)格led的配光特 性是指該規(guī)格led的平均配光特性，而具體到該如 格led的個(gè)體（即使是同一規(guī)格、同一批次），不叵 個(gè)體之間的配光特性其實(shí)是有較大差界的。產(chǎn)牛這

7、 些差異的主要原因有：（1）芯片配光特性的微小差異；（2）封裝支架的形狀及反光特性的微小差界；（3）固晶過(guò)程屮芯片與支架相對(duì)位置的微小差 異;（4）由于封膠設(shè)備的精度原因而造成的支架與 模條之間的位置以及插深的微小差異；（5）不同封膠模條的差杲以及同一模條在使用 不同次數(shù)之示所造成的爰異。由于上述主要原因，所造成的同一規(guī)格、不同 led個(gè)體之間的配光特性差界具體表現(xiàn)為：（1）光軸與機(jī)械軸的偏離差界；（2）半功率角大小的差異；（3）配光特性形狀的差界。因此，當(dāng)我們?cè)谀承┟舾薪嵌扔^察某塊顯示屛 時(shí)，由于led器件木身因素而造成不同led配丸 特性在單方位的角度差界就可達(dá)23°左右，再丿j

8、i 上顯示屏制造商在顯示屏制作過(guò)程中產(chǎn)生的不丘 led之間垂玄度的差異1左右。同一塊顯示僑中不同led之間在單方位的角度累計(jì)差界大約在 3 5°左右。這樣的角度差異會(huì)帶來(lái)多大的亮度偏 差？我們通過(guò)圖1作如下分析。-二 *一一二一u 0931妙吟.6必 飯10.o. o o圖1某國(guó)際知名品牌用丁-全彩色顯示屏的直插式橢圓透鏡led的配光特性圖1是某國(guó)際知名品牌川于全彩色顯示屏的直 插式橢圓透鏡led的配光特性。其中，虛線是垂直 方向配光特性（角度較?。?實(shí)線為水平方向配光特 性（角度較人）。從圖1可以看出：fl）當(dāng)角度較小的垂直配光特性從們。到15° 變化時(shí)（4 °

9、的變化值）,led的相對(duì)亮度值從0.8降 到了 0.6,變化幅度高達(dá)（0.80.6）/0.6=33% （該段配 光特性曲線的斜率極大）；而當(dāng)角度較大的水平配光 特性同樣從“°到15°變化時(shí),led的相對(duì)亮度 值則僅從0.93降到了 0.89,變化幅度只冇（0.93- 0.89）/0.89=4.5% （該段配光特性曲線的斜率 較?。?；（2）當(dāng)觀察者的視線與顯示屏的光軸有300笊 夾角時(shí)：在垂直方向led的光強(qiáng)僅為led光軸方 向亮度的27.5% ；而在水平方向led的光強(qiáng)則仍軟 保有74%。由此町知，當(dāng)觀察者的視線與led光軸在垂道 方向存在一定角度時(shí)（大于10°）

10、,通過(guò)壓縮垂直方 向的角度從而提高led光軸方向的亮度這一技術(shù) 路線帶來(lái)了兩大弊端：（1）led顯示屏的亮度均勻性極度劣化；led的亮度大幅下降。3表貼led的特性及在戶外顯示屏的 應(yīng)用（1）因?yàn)閘ed在水平和垂肓方向均具有較人的 角度（配光特性曲線斜率變化小,鮫為平滑），幾表貼 led顯示屏的裝配精度高，所以顯示屏亮度均勻性 極為優(yōu)越；led配光特性近似余弦函數(shù)（i （0）- cos e）,使得顯示屏配光特性b（e）= i（eycos cose/cose«i,即顯示屏的亮度不隨觀察者視角 的變化而變化。當(dāng)然,平而形plcc工藝封裝的表貼led雖礬 具有近似理想的配光特性，并會(huì)帶來(lái)極

11、為卓越的冬 像質(zhì)量（尤其是觀察者的視線在垂直方向顯示質(zhì) 光軸偏離較人時(shí)）。但是，表貼led在戶外顯示屏笊 實(shí)際應(yīng)用中我們還須解決好兩個(gè)重要環(huán)節(jié)：一是 " 防水"，二是散熱"。冃前,一些業(yè)內(nèi)知名 品牌在這兩個(gè)重要技術(shù)環(huán)節(jié)業(yè)已取得了突破，并通 過(guò)許多t程案例的實(shí)施使得該技術(shù)已步入成熟。1.0/r/l/x-x y-y/一./-90°-60° -30。(n3翌興張妄迂正是因?yàn)椴捎每偛迨綑E圓透鏡led存在上述 難以克服的嚴(yán)重弊端，近年來(lái)伴隨著led光效的人 幅提升，業(yè)內(nèi)開(kāi)始逐步掠棄壓縮垂直視角提高光 軸亮度的做法，而嘗試采用角度更人、配光特性更 為平滑、

12、裝配精度更高的表貼led,圖2給出了某國(guó)際 知名品牌平而形plcc表貼led的配光特性。從圖 2中看出：（1）該封裝形式的led無(wú)論水平方向還是垂直 方向均具有較大的角度；（2）整個(gè)配光特性曲線斜率變化小，較為平滑；圖2某國(guó)際知名品牌平面形plcc表貼led的配光特性根據(jù)上述分析我們確認(rèn)，采用平而形plcc表 貼led制造的顯示屏具有如下特點(diǎn)：4結(jié)論時(shí)代發(fā)展至今我們可以看出:始于上個(gè)世紀(jì)九十 年代初通過(guò)壓縮led垂直方向角度來(lái)捉髙顯示屏光 軸方向亮度的技術(shù)路線經(jīng)過(guò)了近二十年的發(fā)展及應(yīng) 用，由于存在隨著觀察視角的增人而殼度人幅下降以 及均勻性的嚴(yán)重劣化的兩人弊端，在新材料、新技術(shù)、 新工藝的成長(zhǎng)

13、及成熟過(guò)程中受到了質(zhì)疑與挑戰(zhàn)。從追 求更高的圖像質(zhì)赧與效果的角度看，該技術(shù)路線僅僅 適合丁 觀察者的視線與顯示屏光軸在垂直方向的夾 角較小時(shí)（筆者建議控制在10°z內(nèi)）。陽(yáng)當(dāng)觀察者 的視線與顯示屏光軸在垂肓方向的夾角較人時(shí)（二 10 °）,選用角度更大、特性更平滑、配光|ll|線近似余 弦函數(shù)的表貼led制作的顯示屏不僅殼度不隨觀察 者視角的變化而變化（近似理想的顯示屏配光特性）， 還會(huì)擁有更人的受眾范圍，而且可使顯示屏具有優(yōu)良 的亮度均勻性，從而獲得極其卓越的圖像質(zhì)量。作者簡(jiǎn)介：程德詩(shī)（1959-）,男，蘇州人，高級(jí)工程 師，上海三思科技發(fā)展有限公司總經(jīng)理,1982年畢 業(yè)于南京工學(xué)院（現(xiàn)東南大學(xué)）工業(yè)電氣化專業(yè)（本 科/學(xué)士學(xué)位）。多年從事光電子技術(shù)、視頻技術(shù)及 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的研究，現(xiàn)主要從事led丄ed顯 示及l(fā)ed照明等技術(shù)開(kāi)發(fā)、經(jīng)營(yíng)及企業(yè)管理工作。appliance error (configurat