1 LED燈珠的點(diǎn)間距和燈珠尺寸對顯示屏整體顯示的影響

　　全彩 LED顯示屏的點(diǎn)間距已經(jīng)降低到 0.8 mm。與此同時，LED燈珠的尺寸也在降低：目前全彩 LED顯示屏普遍使用的是 0808(尺寸：0.8 mm ×0.8 mm )或 0606(尺寸：0.6 mm ×0.6 mm )規(guī)格的 LED燈珠。相信不久的將來高清LED 顯示屏上將出現(xiàn)0404 (尺寸：0.4 mm ×0.4 mm )規(guī)格的 LED 燈珠。

　　為了追求更細(xì)膩的高分辨率，就需要更小尺寸的LED燈珠。要生產(chǎn)更小尺寸的 LED燈珠，就必須縮小LED 芯片的表面積。目前小間距芯片最常見的表面積有30 m il2 、25 m il 2和 20 m il2 這三個規(guī)格。

　　似乎只要能繼續(xù)縮小芯片的表面積就可以得到更高的顯示分辨率，達(dá)到 4K、8K 甚至更高分辨率的 LED 顯示屏，但是芯片制造商答復(fù)：在目前的工藝制造水平下，LED 芯片表面積達(dá)到 17 m il2 后，基本再無縮小的可能性。為什么芯片表面積無法繼續(xù)縮小下去呢?主要有三方面因素制約著：

　　1）封裝吸嘴內(nèi)徑的限制

　　在封裝固晶過程中，需要使用工業(yè)吸嘴(見圖 2)吸取 LED芯片，目前工業(yè)用的吸嘴內(nèi)徑只能達(dá)到 80μm ，因此只有當(dāng)芯片的尺寸大于 80μm 才能被吸嘴有效吸住。

　　2）芯片電極的限制

　　目前最小芯片電極(焊線)的直徑只能達(dá)到 45μm ，再細(xì)的電極無法保證芯片的可靠性，燈珠失效率將大大增加。同時為了保證芯片正常工作的電流特性，兩極之間也需要有一定的間距。上述兩點(diǎn)限制了芯片尺寸無法繼續(xù)縮小。

　　3）芯片布局工藝的限制

　　如圖3 所示：芯片版圖的布局、劃道寬度、不同層的邊界線間距、光刻加工能力等都會影響 LED芯片無法繼續(xù)縮小。

　　2 LED燈珠類型對顯示屏視角的影響

　　如圖 4 所示：站在不同的角度位置，主觀感受亮度是不一樣的，越大的視角其感受亮度必然越低。不同的LED燈珠類型有不同的角度值，LED燈珠的視角決定了LED顯示屏的視角，見表1。

　　3 LED 燈珠的角度一致性對顯示屏顯示均勻性的影響

　　繼續(xù)用圖4 進(jìn)行分析：站在不同的角度位置，全彩LED顯示屏的白平衡和色度也是不一樣的。如果同一批 LED燈珠的三基色角度和波長差異很大，那么用這批LED燈珠組成的 LED顯示屏，其不同角度的顯示白平衡將非常糟糕，即顯示屏的顯示均勻性很差。要做到 LED燈珠三基色在不同角度時，亮度變化匹配一致，就需要有一個技術(shù)指標(biāo)。目前全彩 LED燈珠的角度一致性指標(biāo)為：①波長范圍 ±5 nm ;②亮度范圍小于 1/1.5。

　　對比全彩 LED顯示屏，高清 LED顯示屏在顯示均勻性方面處于劣勢。如圖6 是 LED芯片 I-V 曲線 分析形成圖，表2 是 LED芯片電流特性比對表。高清 LED芯片在非線性工作區(qū)的離散性遠(yuǎn)大于線性工作區(qū)。目前采取的解決方案：

　　1）優(yōu)化外延方向，降低線性工作區(qū)下限；

　　2）優(yōu)化芯片分光，篩選不同特性芯片。 高清 LED顯示屏還有如下缺點(diǎn)：余輝熒光效應(yīng)、掃描偏色、低亮度時色澤偏紅以及低灰度時亮度不均勻等問題，在目前階段只能通過調(diào)節(jié) IC 控制端與逐點(diǎn)校正來緩解上述問題。

　　4 LED 燈珠的可靠性和失效率指標(biāo)

　　LED 顯示屏被經(jīng)常詬病的一個技術(shù)指標(biāo)就是“LED顯示屏的壽命 10萬h”。應(yīng)該指出理論上合格的 LED燈珠，其使用壽命可以達(dá)到 10萬h。但是 LED燈珠的使用壽命還跟模塊的工作電流、顯示模塊 PCB 散熱方式、顯示屏現(xiàn)場安裝工藝，使用環(huán)境溫濕度、環(huán)境污染等級等因素相關(guān)。如何科學(xué)地反應(yīng) LED顯示屏的壽命，需要分析 LED芯片的可靠性影響因素。

　　按照目前 LED燈珠的工藝流程，采用相同的外延片、采用相同的芯片結(jié)構(gòu)，LED芯片的抗靜電能力(ESD)和反向漏電(IR)是影響 LED 顯示屏壽命的重要因素。高清 LED顯示屏使用的燈珠越來越小，隨著芯片尺寸的不斷變小，芯片內(nèi)部的缺陷數(shù)呈幾何倍數(shù)增長，LED芯片抗靜電能力(ESD)快速降低。反向漏電(IR)跟芯片內(nèi)部的缺陷數(shù)成正相關(guān)，IR 值越大意味著 LED 片內(nèi)部的缺陷越多。因此在高清 LED 顯示屏工程驗(yàn)收指標(biāo)中應(yīng)該加入抗靜電能力(ESD)和反向漏電(IR)兩項(xiàng)指標(biāo)作為屏體壽命的支持參數(shù)。

　　對傳統(tǒng)全彩 LED顯示屏來說，1㎡顯示模塊由 1萬個 LED燈珠組成，這 1萬個 LED燈珠中有 1個 LED燈珠失效，觀眾基本可以接收。對高清 LED 顯示屏來說，1㎡顯示模塊有 20 萬個 LED燈珠組成，如果還是允許每 1萬個燈珠可以有 1個 LED燈珠失效，那么 1㎡顯示模塊就會出現(xiàn) 20個失效 LED燈珠，觀眾很難接收這樣的成像效果。

　　在工程驗(yàn)收中，全彩 LED顯示屏的的失效率指標(biāo)通常是不高于萬分之一。對于高清 LED顯示屏，其失效率指標(biāo)有必要提升到十萬分之一甚至是百萬分之一。

　　5 LED 燈珠亮度衰減特性指標(biāo)

　　LED 顯示屏使用 9~10 個月后常常會出現(xiàn)“花屏”現(xiàn)象，分析原因：① LED燈珠亮度衰減導(dǎo)致 LED顯示屏整體亮度降低;② LED燈珠中紅、綠、藍(lán)三種顏色的亮度衰減幅度不一致。

　　全彩 LED顯示屏亮度衰減特性的工程驗(yàn)收指標(biāo)見表3。

　　LED 燈珠亮度衰減特性除與芯片電流特性相關(guān)外，顯示模塊 PCB 板的散熱設(shè)計(jì)、使用環(huán)境的污染等級等因素都會影響 LED燈珠的亮度衰減。按照目前的經(jīng)驗(yàn)，為了降低 LED燈珠的亮度衰減，通常使用 70 % ~80 % 的額定電流給全彩 LED顯示模塊供電。

　　隨著高清 LED芯片表面積的減小，LED燈珠的亮度明顯降低，灰度也不夠。目前提升芯片亮度只能通過調(diào)節(jié)芯片結(jié)構(gòu)來提升，而芯片結(jié)構(gòu)又受到芯片尺寸的約束。

　　“低亮低灰”是目前高清 LED顯示屏最大的短板，如果亮度衰減特性指標(biāo)還繼續(xù)沿用全彩 LED 顯示屏的工程驗(yàn)收指標(biāo) , “花屏”現(xiàn)象將非常嚴(yán)重。因此建議收緊亮度衰減特性指標(biāo)：高清 LED顯示屏紅色亮度衰減指標(biāo)控制在 1.5 % 之內(nèi)，藍(lán)、綠色亮度衰減指標(biāo)控制在 5 %之內(nèi)。