从LED器件技术进步看户外显示屏发展趋势

1、从led器件技术进步看户外显示屏发展趋势程徳诗，李达红(上海三思科技发展有限公司，上海201100)摘 要：文章通过对led封装形态及配光特性的分析，揭示了传统立插式led户外显示屏存 在的两大缺陷的产生机理，并从近年来led芯片光效的大幅提升以及器件封装技术的不断突破 两方面，探讨户外led显示屏未来的发展趋势，关键词:led :配光特性;封装形态；户外显示；发展趋势中图分类号:tn321 + .8文献标识码：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二十世纪九十年代初户外led显示屏问世，受 当时led的发光效率低下的制约，业内采取了压缩 led视角(尤英是压缩垂直方向视角)的技术路线, 使有限的光能集中于光轴方向，从而实现了提高显 示屏光轴方向亮度的冃的，并促进了户外led显旁 屏的持续发展。但是，该方法带来的两大弊端长期以 來一直困扰着业界：(1)受众范围大大缩小；(2)亮废 均匀性严重受损。进入二十一世纪丄ed从外延材料生长、芯片制合光效已提高了 3 4倍。因此采用压缩视角而提高 光轴方向亮度的技术方法已不应再成为业界提高亮 度的唯

5、一技术路线。提高显示屏亮度的同时扩人受 众范围并大幅改善亮度均匀性已成可行，户外led 显示屏进行技术变革的时代业已来临。1 led配光特性与显示屏配光特性关 联性分析人们通常会认为 led配光特性就等于显示屏 配光特性"o这是一个不准确的说法，准确的说led配光特性（以下用1（）表示）与显示屏配光特 性（以下用b（）表示）z间的数学关系与测试方法 有关：（1）若我们测试显示屏水平方向的配光特性, 而 测试图像为一列竖线时；或测试显示屏垂直方向的b（）=（1）（2）若我们测试显示屏水平或垂直方向配光特 性，而测试图像为大而积（大于测量仪器的取样范 围）同一灰度图像时，则：b（）=i（

6、e ycos（2）以上两种测试方法中，方法（2）因为为显示屛实 际应用更为贴近，因此被业界更多地采用。目前我国 行业标准sj/t11281即采用了该测试方法。同吋，从公式（2）中我们可以得出结论：为了使 led显示屏的配光特性b（）=1 （即显示屏的亮 度 不随观察者的角度变化而变化），则led的配 光特性应满足1（）=cos©。即显示屏用led的理想配2 led配光特性与显示屏亮度及均匀 性关联性分析通常我们所说的某一特定规格led的配光特 性是指该规格led的平均配光特性，而具体到该如 格led的个体（即使是同一规格、同一批次），不叵 个体之间的配光特性其实是有较大差界的。产牛这

7、 些差异的主要原因有：（1）芯片配光特性的微小差异；（2）封装支架的形状及反光特性的微小差界；（3）固晶过程屮芯片与支架相对位置的微小差 异;（4）由于封胶设备的精度原因而造成的支架与 模条之间的位置以及插深的微小差异；（5）不同封胶模条的差杲以及同一模条在使用 不同次数之示所造成的爰异。由于上述主要原因，所造成的同一规格、不同 led个体之间的配光特性差界具体表现为：（1）光轴与机械轴的偏离差界；（2）半功率角大小的差异；（3）配光特性形状的差界。因此，当我们在某些敏感角度观察某块显示屛 时，由于led器件木身因素而造成不同led配丸 特性在单方位的角度差界就可达23°左右，再丿j

8、i 上显示屏制造商在显示屏制作过程中产生的不丘 led之间垂玄度的差异1左右。同一块显示侨中不同led之间在单方位的角度累计差界大约在 3 5°左右。这样的角度差异会带来多大的亮度偏 差？我们通过图1作如下分析。-二 *一一二一u 0931妙吟.6必 饭10.o. o o图1某国际知名品牌用丁-全彩色显示屏的直插式椭圆透镜led的配光特性图1是某国际知名品牌川于全彩色显示屏的直 插式椭圆透镜led的配光特性。其中，虚线是垂直 方向配光特性（角度较小）,实线为水平方向配光特 性（角度较人）。从图1可以看出：fl）当角度较小的垂直配光特性从们。到15° 变化时（4 °

9、的变化值）,led的相对亮度值从0.8降 到了 0.6,变化幅度高达（0.80.6）/0.6=33% （该段配 光特性曲线的斜率极大）；而当角度较大的水平配光 特性同样从“°到15°变化时,led的相对亮度 值则仅从0.93降到了 0.89,变化幅度只冇（0.93- 0.89）/0.89=4.5% （该段配光特性曲线的斜率 较小）；（2）当观察者的视线与显示屏的光轴有300笊 夹角时：在垂直方向led的光强仅为led光轴方 向亮度的27.5% ；而在水平方向led的光强则仍软 保有74%。由此町知，当观察者的视线与led光轴在垂道 方向存在一定角度时（大于10°）

10、,通过压缩垂直方 向的角度从而提高led光轴方向的亮度这一技术 路线带来了两大弊端：（1）led显示屏的亮度均匀性极度劣化；led的亮度大幅下降。3表贴led的特性及在户外显示屏的 应用（1）因为led在水平和垂肓方向均具有较人的 角度（配光特性曲线斜率变化小,鮫为平滑），几表贴 led显示屏的装配精度高，所以显示屏亮度均匀性 极为优越；led配光特性近似余弦函数（i （0）- cos e）,使得显示屏配光特性b（e）= i（eycos cose/cose«i,即显示屏的亮度不随观察者视角 的变化而变化。当然,平而形plcc工艺封装的表贴led虽礬 具有近似理想的配光特性，并会带来极

11、为卓越的冬 像质量（尤其是观察者的视线在垂直方向显示质 光轴偏离较人时）。但是，表贴led在户外显示屏笊 实际应用中我们还须解决好两个重要环节：一是 " 防水"，二是散热"。冃前,一些业内知名 品牌在这两个重要技术环节业已取得了突破，并通 过许多t程案例的实施使得该技术已步入成熟。1.0/r/l/x-x y-y/一./-90°-60° -30。(n3翌兴张妄迂正是因为采用总插式椭圆透镜led存在上述 难以克服的严重弊端，近年来伴随着led光效的人 幅提升，业内开始逐步掠弃压缩垂直视角提高光 轴亮度的做法，而尝试采用角度更人、配光特性更 为平滑、

12、装配精度更高的表贴led,图2给出了某国际 知名品牌平而形plcc表贴led的配光特性。从图 2中看出：（1）该封装形式的led无论水平方向还是垂直 方向均具有较大的角度；（2）整个配光特性曲线斜率变化小，较为平滑；图2某国际知名品牌平面形plcc表贴led的配光特性根据上述分析我们确认，采用平而形plcc表 贴led制造的显示屏具有如下特点：4结论时代发展至今我们可以看出:始于上个世纪九十 年代初通过压缩led垂直方向角度來捉髙显示屏光 轴方向亮度的技术路线经过了近二十年的发展及应 用，由于存在随着观察视角的增人而壳度人幅下降以 及均匀性的严重劣化的两人弊端，在新材料、新技术、 新工艺的成长

13、及成熟过程中受到了质疑与挑战。从追 求更高的图像质赧与效果的角度看，该技术路线仅仅 适合丁 观察者的视线与显示屏光轴在垂直方向的夹 角较小时（笔者建议控制在10°z内）。阳当观察者 的视线与显示屏光轴在垂肓方向的夹角较人时（二 10 °）,选用角度更大、特性更平滑、配光|ll|线近似余 弦函数的表贴led制作的显示屏不仅壳度不随观察 者视角的变化而变化（近似理想的显示屏配光特性）， 还会拥有更人的受众范围，而且可使显示屏具有优良 的亮度均匀性，从而获得极其卓越的图像质量。作者简介：程德诗（1959-）,男，苏州人，高级工程 师，上海三思科技发展有限公司总经理,1982年毕 业于南京工学院（现东南大学）工业电气化专业（本 科/学士学位）。多年从事光电子技术、视频技术及 计算机控制系统的研究，现主要从事led丄ed显 示及led照明等技术开发、经营及企业管理工作。appliance error (configurat