關(guān)于LED顯示屏質(zhì)量提升的探討
編輯：新雨 [ 2010-6-24 16:06:32 ] 文章來源：LED大屏網(wǎng)
隨著政府職能轉(zhuǎn)變、部門信息公開、服務(wù)于民等承諾的不斷推進，建立性能優(yōu)良、質(zhì)量可靠的大面積信息宣傳媒體一直為工程技術(shù)人員所關(guān)注。根據(jù)應(yīng)用場合的不同，對顯示性能以及顯示系統(tǒng)成本的不同要求，單色、雙色或全彩LED顯示屏以其大尺寸、高亮度、環(huán)境適應(yīng)性方面無可替代的優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于演藝中心、候車室、展覽館等室內(nèi)、外視頻顯示，無論是白天還是晚上，晴天還是陰天，都能夠讓觀眾清楚地看到所示內(nèi)容，并且能夠根據(jù)外部自然光強度的變化自動調(diào)節(jié)正在播放的視頻節(jié)目。LED顯示屏的最大特點在于其制造不受面積限制，可以達到幾十甚至幾百平方米以上，用于顯示文字、圖形、圖像、動畫、視頻圖像等各種信息。利用LED器件制造大型平板顯示屏系統(tǒng)已成為LED器件應(yīng)用的重要領(lǐng)域，進而推動了LED制造技術(shù)的不斷提升。
作為國家半導(dǎo)體發(fā)光器件應(yīng)用產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，我們承擔(dān)了許多LED顯示屏的招投標(biāo)質(zhì)量檢測、客戶質(zhì)量驗收檢測。我們依據(jù)信息產(chǎn)業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)SJ/T11141-2003《LED顯示屏通用規(guī)范》和SJ/T11281-2007《發(fā)光二極管（LED）顯示屏測試方法》，對顯示屏的產(chǎn)品質(zhì)量進行檢測，主要檢測項目有亮度與視角、均勻性和清晰度、像素失控率、環(huán)境防護和安全要求等。從檢測結(jié)果來看，不同企業(yè)生產(chǎn)的顯示屏質(zhì)量參差不齊，分析其原因，主要有以下幾方面，應(yīng)引起生產(chǎn)企業(yè)足夠的重視。
1、亮度與視角
亮度是顯示屏的一個重要指標(biāo)，顯示屏亮度主要取決于LED發(fā)光強度和LED在顯示屏上的排列密度。有些安裝在較高墻面上的顯示屏，LED管子安裝的角度對于人眼判斷發(fā)光強度也有一定的影響。按照信息產(chǎn)業(yè)部SJ/T11141-2003標(biāo)準(zhǔn)，亮度定義為LED顯示屏單位面積上的發(fā)光強度。視角為觀察方向的亮度下降到LED顯示屏法線方向亮度的二分之一時，同一平面兩個觀察方向與法線方向所成的夾角，分為水平視角和垂直視角。顯示屏的顯示顏色有單基色、雙基色和全彩色，使用環(huán)境有兩類：室內(nèi)顯示屏和室外顯示屏，兩者對參數(shù)的選擇和要求也有區(qū)別。室內(nèi)全彩屏的亮度要在800cd/m2以上，室外全彩屏的亮度要在1,500cd/m2以上，才能基本保證顯示屏工作時的正常圖像亮度。近幾年LED在襯底、外延、芯片及封裝等方面的新技術(shù)層出不窮，尤其是氧化銦錫（ITO） 材料的使用，電流擴展層技術(shù)及工藝的穩(wěn)定與成熟，使LED的發(fā)光效率有了大幅度的提高。目前，大多數(shù)戶外全彩顯示屏水平視角可大于120°、垂直視角大于45°，在像素間距為16mm時，全彩顯示屏白平衡亮度大于6,000cd/m2,像素間距為20mm時，全彩顯示屏白平衡亮度也可達到5,500cd/m2以上，顯示屏可在任何環(huán)境下全天候工作。
LED管的發(fā)光強度取決于管子的工作電流，目前1W的LED管，生產(chǎn)廠家推薦的工作電流一般為350mA.增大工作電流，會提高LED管的發(fā)光強度，但也會導(dǎo)致LED管的發(fā)熱，加快LED管的光衰，實際上將會影響LED顯示屏的整體壽命，而LED管是不可能被大量更換的，因此，一旦一塊屏上有較多數(shù)量的LED管壽命終結(jié)，則意味著顯示屏壽命的終止。從一定意義上說，LED管的壽命決定了顯示屏的壽命。LED管的壽命通常以發(fā)光強度衰減到初始值50%的時間為壽命期。我們在檢驗中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在政府采購的項目，要求供應(yīng)商提供顯示屏的質(zhì)量檢驗報告，由于是投標(biāo)前的質(zhì)量保證，供應(yīng)商自己送來的檢驗樣品都是經(jīng)過挑選的，而且是縮小試樣，這些送檢產(chǎn)品的質(zhì)量確實比較過關(guān)。現(xiàn)在政府采購對產(chǎn)品有質(zhì)量要求和價格要求，其中價格一般都占百分制的45分，如果質(zhì)量相差不大，價格起著關(guān)鍵性的作用。現(xiàn)在的供應(yīng)商投標(biāo)不管產(chǎn)品質(zhì)量能否符合，一律填寫滿足、優(yōu)于，現(xiàn)場評審很難核對，只有在中標(biāo)后，采購單位才能發(fā)現(xiàn)。對一些以低價中標(biāo)的供應(yīng)商，用質(zhì)量較差的管子代替好的管子完全有可能發(fā)生。所以在選購顯示屏產(chǎn)品時，盡可能選擇信譽好，品牌響的專業(yè)生產(chǎn)廠家，有可能時還要供應(yīng)商提供LED管的進貨發(fā)票，以確保LED管和顯示屏的質(zhì)量。
2、均勻性與清晰度
LED顯示屏均勻性有三個體現(xiàn)指標(biāo)：像素光強均勻性、顯示模塊亮度均勻性和模組亮度均勻性。由于測試像素光強均勻性要把LED管從顯示屏上拆下，過程復(fù)雜，而且也可能損壞管子，所以顯示屏測試一般選擇模塊或模組的亮度均勻性作為考核指標(biāo)。模塊亮度均勻性是指同一塊顯示屏中模塊相互之間的亮度一致性，已成為衡量顯示屏優(yōu)劣的最重要指標(biāo)之一。顯示模塊亮度均勻性等級由低到高分為A、B、C三級，如表1所示。
測量方法是在全屏范圍內(nèi)任意離散抽取9個顯示模塊（黑屏狀態(tài)下隨機選擇9個顯示模塊），在最高灰度級、最高亮度級下，全屏顯示某一基色，用彩色分析儀分別測量出9個顯示模塊的亮度值，光探頭采集范圍不得少于16個相鄰像素，再進行算術(shù)平均計算，具體如公式（1）所示。
LJ= ×100%（1）
其中LAV = Li/9
通過我們對不同顯示屏的檢測，包括室內(nèi)屏和室外屏，各類初始技術(shù)指標(biāo)尚能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，達到C級的居多。通過環(huán)境實驗、可靠性實驗后，光衰及光學(xué)性能的變化就會產(chǎn)生均勻性問題。我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)顯示屏經(jīng)過一段時間的使用之后，會出現(xiàn)不均勻現(xiàn)象，如“灰塵效應(yīng)”和“馬賽克”等，造成這種不均勻的主要原因是LED管的各項性能不一致，主要包括光強不一致、光軸不一致、色坐標(biāo)不一致、各基色光強分布曲線不一致以及工作后的光衰不一致。目前業(yè)內(nèi)解決LED管性能參數(shù)不一致的現(xiàn)象主要有兩種技術(shù)途徑：一是通過對LED管規(guī)格參數(shù)的進一步細(xì)分，提高LED管各項性能的一致性；二是通過后續(xù)校正的方式來改善顯示屏的均勻性。我們認(rèn)為事前分選是解決均勻性較為有效的技術(shù)手段，后續(xù)校正有可能使LED管超負(fù)荷工作，而且還有些缺陷，如光軸不一致、光強分布曲線不一致、光衰特性不一致、拼裝精度差等，是無法通過后續(xù)校正來消除的。
LED顯示屏標(biāo)準(zhǔn)沒有規(guī)定清晰度，但對像素間距作了定義，像素間距越小，清晰度越高。現(xiàn)在常用的戶內(nèi)全彩點陣顯示像素間距有2.5、4、4.75、6mm等，亞表貼三拼一像素間距有6、7.62、10、12mm等。由于顯示屏的制造工藝和LED管的離散性，像素不是決定清晰度的唯一指標(biāo)，與顯示屏分辨率、均勻性、亮度、對比度等多項指標(biāo)密切相關(guān)。通過單純縮小物理像素間距來提高分辨率，雖然可以在一定程度上增強清晰度，但由于顯示屏產(chǎn)品的特殊性，只有上述各類參數(shù)指標(biāo)均達到要求，才能得到一個良好的圖像清晰度。
3、顯示屏像素
像素失控分為盲點和常亮點兩類。盲點，也就是瞎點，在需要亮的時候它不亮，稱之為瞎點；常亮點，在需要不亮的時候它反而一直亮著，稱之為常亮點。對于單色、雙色較好理解，對于全彩，RGB其中任何一個燈失控，我們即認(rèn)為此像素失控。像素失控率分為整屏像素失控率和區(qū)域像素失控率。整屏像素失控率等于整屏盲點數(shù)與整屏常亮點數(shù)之和與整屏像素數(shù)之比。另外，為避免失控像素集中于某一個區(qū)域，標(biāo)準(zhǔn)提出“區(qū)域像素失控率”,也就是在100×100像素區(qū)域內(nèi)，失控的像素數(shù)與區(qū)域像素總數(shù)（即10,000）之比。此指標(biāo)在SJ/T 11141-2003《LED顯示屏通用規(guī)范》中對《失控的像素是呈離散分布》的要求進行了量化，方便直觀。像素失控率等級由低到高分為A、B、C三級，如表2所示。
由于顯示屏所用的LED管有幾萬個，像素間隔有6、12、16mm等不同的間距。按照12mm的間距計算，每平方米約有7,000個LED管，按照6平方米來計算，一個屏也有4萬多個LED管，所以確保所有的LED管都不出現(xiàn)故障也不現(xiàn)實。檢測中發(fā)現(xiàn)，新屏不會出現(xiàn)像素失控，使用一段時間后出現(xiàn)的概率大大增加。依據(jù)SJ/T11141-2003《LED顯示屏通用規(guī)范》5.7.1條像素失控率指標(biāo)要求，室內(nèi)LED顯示屏像素失控率應(yīng)不大于萬分之三，室外LED顯示屏像素失控率應(yīng)不大于千分之二，且為離散分布。
LED顯示屏在出廠前均會進行老化檢測，對失控像素的LED管會維修更換，“整屏像素失控率”控制在3/104之內(nèi)、“區(qū)域像素失控率”控制在2/103之內(nèi)是沒問題的，甚至有的廠家的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求出廠前不允許出現(xiàn)失控像素。實際上在不同的應(yīng)用場合下，像素失控率的實際要求可以有些差別，一般來說，LED顯示屏用于視頻播放，指標(biāo)要求控制在1/104之內(nèi)較為理想；若用于簡單的字符信息發(fā)布，指標(biāo)要求控制在2/104之內(nèi)較為合適，也是可以達到的。目前多數(shù)情況下都要求顯示屏既能信息發(fā)布、又可以視頻播放。生產(chǎn)企業(yè)的指標(biāo)要求高于國家標(biāo)準(zhǔn)，對提高LED顯示屏的質(zhì)量大有幫助。
對檢測結(jié)果進行分析，我們發(fā)現(xiàn)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管失效”,主要表現(xiàn)為盲點和常亮點失效。LED管失效原因可分為兩個方面：一是LED管自身品質(zhì)不佳；二是顯示屏生產(chǎn)過程中工藝方法控制不當(dāng)。失效的最大誘因是靜電放電引起，靜電放電導(dǎo)致LED管失效的機理非常復(fù)雜，設(shè)備、工具、人體等均有可能帶有靜電并對其放電，這種靜電少則幾百伏，高則上萬伏。顯示屏生產(chǎn)過程中LED管失效，多數(shù)是LED-PN結(jié)被靜電放電擊穿所致。目前國際上大致定義了三種靜電放電模式，主要分為人體放電模式（HBM）、機器放電模式（MM）和器件充電模式。由于人體靜電損傷造成器件失效的比例最大，所以人體放電模式成為半導(dǎo)體最常用的ESD測試方法。我國靜電放電試驗標(biāo)準(zhǔn)GJB1649-93 《電子產(chǎn)品防靜電放電控制大綱》 附錄A規(guī)定了靜電放電敏感度分級試驗，元器件的靜電放電敏感度（ESDS）分為四個等級： 1級為500V;2級為1,000V;3級為2,000V;4級為4,000V.因為靜電電壓有時會達到幾千伏甚至上萬伏，在顯示屏制造過程中防不勝防，因此，LED管靜電放電敏感度應(yīng)選擇3級或以上較合適，而且靜電防護必須貫穿生產(chǎn)全過程。除了在受到靜電放電、工作電流過高、外部強力等不當(dāng)使用外，部分LED管失效是在高溫、低溫、溫度循環(huán)變化等惡劣環(huán)境條件下，由于LED芯片、使用的原材料和生產(chǎn)工藝的不一致引起的。所以，做好防靜電、嚴(yán)格控制生產(chǎn)工藝是保證顯示屏產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段。
4、環(huán)境防護與安全要求
由于顯示屏可應(yīng)用在不同場合，所以對顯示屏也有一定的安全要求。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的主要安全指標(biāo)有接地、對地漏電流、抗電強度、溫升四個指標(biāo)。其中對地漏電流和抗電強度是最重要的安全指標(biāo)。SJ/T 11141-2003《LED顯示屏通用規(guī)范》5.4條規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)要求在1.1倍額定電源電壓下，顯示屏的對地漏電流不得超過3.5mA;抗電強度在電源開關(guān)處于接通位置，應(yīng)能耐受1,500V,1min的試驗電壓而不發(fā)生絕緣擊穿。
LED室外顯示屏的用量比室內(nèi)屏用量高得多，室內(nèi)顯示屏對環(huán)境適應(yīng)性的要求較低，室外顯示屏對環(huán)境適應(yīng)性的要求則高得多。由于不同的地區(qū)，環(huán)境也不一樣，室外顯示屏應(yīng)能耐受惡劣環(huán)境的長期影響，即能抗風(fēng)、抗雨、抗震，還要求在高低溫環(huán)境下也能正常使用。上述各類環(huán)境因素都會使LED顯示屏原有封閉結(jié)構(gòu)遭受不同程度的損壞，雨水和灰塵滲漏又會使內(nèi)部電路遭受損壞，如雨水和灰塵在電的作用下對銅箔的腐蝕，產(chǎn)生的潮濕對電阻和LED管引線的銹蝕等。所以，室外顯示屏的防水性能顯得極為重要 .
SJ/T11141-2003《LED顯示屏通用規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，顯示屏產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性有高溫負(fù)荷試驗、低溫負(fù)荷試驗、高溫貯存試驗、低溫貯存試驗、濕熱負(fù)荷試驗、恒定濕熱試驗、振動試驗和運輸試驗。我們在檢驗過程中發(fā)現(xiàn)，對于室內(nèi)屏，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的項目對考核產(chǎn)品質(zhì)量已足夠。產(chǎn)品對溫度循環(huán)的適應(yīng)性較好，較少出現(xiàn)達不到標(biāo)準(zhǔn)要求的情況，究其原因主要是現(xiàn)在的各類電子元器件總體水平較高，能夠適應(yīng)高低溫工作條件。但是對室外屏，外殼防護等級與濕熱負(fù)荷、恒定濕熱試驗對產(chǎn)品要求較為嚴(yán)格。外殼防護等級一般規(guī)定的是IP等級，標(biāo)準(zhǔn)要求室內(nèi)屏不低于IP20、室外屏不低于IP33.檢測中發(fā)現(xiàn)，濕熱實驗和外殼防護等級是對產(chǎn)品安全性能影響最大的，室外屏防護等級規(guī)定的IP33我們覺得偏低，室外屏防護等級要達到IP65才合適。由于濕熱氣體能滲入產(chǎn)品內(nèi)部，雨水能侵入產(chǎn)品，造成導(dǎo)電體之間漏電通路，零部件吸潮使絕緣電阻降低，產(chǎn)品不能正常工作，隔離耐壓能力下降，對地漏電流、抗電強度等安全性能指標(biāo)不符合要求。對于應(yīng)用于人流量大、環(huán)境復(fù)雜場所的顯示屏，特別要注意安全性能是否符合要求。
5、結(jié) 論
LED顯示屏目前主要應(yīng)用于發(fā)布媒體廣告、交通信息等多人駐足觀看的場所，有些地方的顯示還必須使用LED顯示屏才能滿足要求。LED顯示屏各項技術(shù)的不斷進步，使顯示效果良好，應(yīng)用領(lǐng)域越來越大。由于LED管參數(shù)的離散性，生產(chǎn)制作出來的LED顯示屏還不能令人十分滿意，特別是室外顯示屏，經(jīng)過一定時間的使用，惡劣的環(huán)境因素對產(chǎn)品影響很大，顯示效果下降趨勢明顯。為確保LED顯示屏的可靠性，提高產(chǎn)品質(zhì)量，我們認(rèn)為，一是生產(chǎn)廠商應(yīng)采購質(zhì)量性能優(yōu)越的LED管，亮度高、視角大、光衰�。欢潜仨殞ED管進行篩選，使LED管各項指標(biāo)參數(shù)盡可能一致；三是生產(chǎn)中嚴(yán)格控制工藝流程，做好靜電防護工作；四是加強產(chǎn)品的防水抗震等保障措施，使其在整個產(chǎn)品壽命期內(nèi)達到要求。由于LED顯示屏使用環(huán)境的特殊性，維修更換器件成本不低，只有通過不斷提高LED管和電子控制組件的產(chǎn)品質(zhì)量，才能確保LED顯示屏質(zhì)量可靠、實用、耐久。
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