本文是歐司朗光電半導(dǎo)體資深應(yīng)用工程師趙云和市場(chǎng)經(jīng)理梁澤春對(duì)于LED顯示行業(yè)幾個(gè)常見技術(shù)問題作出的解答，以及歐司朗光電半導(dǎo)體針對(duì)不同技術(shù)方面，給出對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品解決方案。

　　戶外顯示屏亮度越高越好?

　　在國(guó)內(nèi)LED顯示屏行業(yè)，亮度一直是大家拿來(lái)評(píng)估顯示效果的最只要指標(biāo)，特別是針對(duì)戶外使用的屏幕。久而久之就形成了亮度越高越好的誤解，卻忽略了另外一個(gè)對(duì)顯示效果極為重要的指標(biāo)——對(duì)比度。

　　根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SJ/T11281-2007《發(fā)光二極管(LED)顯示屏測(cè)試方法》的定義，顯示屏在一定的環(huán)境照度下，其最大亮度與背景亮度之比稱為最高對(duì)比度(具體測(cè)試條件和方法見該標(biāo)準(zhǔn))。例如一個(gè)屏幕在全白屏狀態(tài)時(shí)候亮度為5000cd/m2，全黑屏狀態(tài)亮度為1cd/m2，這樣屏幕的對(duì)比度就是4999:1。對(duì)比度的定義其實(shí)強(qiáng)調(diào)了在使用環(huán)境中，顯示畫面的可辨識(shí)程度，相對(duì)于亮度指標(biāo)，對(duì)比度指標(biāo)增加對(duì)全黑屏狀態(tài)下的亮度考察，而全黑屏狀態(tài)下的亮度又與環(huán)境光和屏幕本體(LED和面罩)的反光屬性密切相關(guān)。以下戶外的對(duì)比實(shí)例可以看出，亮度高而對(duì)比度低的屏幕反而沒有亮度相對(duì)低而對(duì)比度高的屏幕效果好。

圖1 不同亮度和對(duì)比度屏幕的效果對(duì)比

　　為了提高LED顯示屏的對(duì)比度，歐司朗光電半導(dǎo)體自從2007年推出全球第一款黑體表貼三合一LED (LRTB GFUG)以來(lái)，一直專注于降低LED表明的反光系數(shù)，目前主推的產(chǎn)品LRTB GRUG(圖二)是市面上表面黑度最高的LED之一，它不但采用黑體外殼，而且芯片周邊的支架也做了通體黑色處理。該產(chǎn)品配合特種的驅(qū)動(dòng)和面罩設(shè)計(jì)，可以做到高達(dá)8000:1的最高對(duì)比度。

圖2 歐司朗光電半導(dǎo)體產(chǎn)品LRTB GRUG

　　另外，即使在對(duì)比度一定的條件下，也不是亮度越高越好。亮度過(guò)高的屏幕可能帶來(lái)以下3點(diǎn)問題：(1)高能耗;(2)光污染;(3)硬件壽命降低。

　　綜上所述，我們認(rèn)為L(zhǎng)ED顯示屏的亮度并不是越高越好，對(duì)比度的指標(biāo)比高度指標(biāo)更能體現(xiàn)顯示效果的好壞;并且在對(duì)比度一定的條件下，也不是亮度越高越好。

　　LED顯示屏可視角度越大越好?

　　在討論視角的大小之前，同樣我們需要先理清一下視角的概念。行業(yè)內(nèi)不少?gòu)S家對(duì)弈視角規(guī)格的設(shè)定不夠準(zhǔn)確，認(rèn)為可以看到顯示內(nèi)容的角度都是視角范圍，其實(shí)不然。根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SJ/T 11281-2007《發(fā)光二極管(LED)顯示屏測(cè)試方法》的定義，假設(shè)顯示屏法線方向的亮度為L(zhǎng)f，從顯示屏中心法線左右兩側(cè)檢測(cè)顯示屏的亮度，當(dāng)左右兩側(cè)亮度值下降到Lf/2時(shí)，兩條觀測(cè)線之間構(gòu)成的夾角稱為顯示屏水平方向的視角。垂直方向視角同理。

　　LED本身的視角也是基于以上同樣的定義。而由于顯示屏上的亮度測(cè)試的定義，光探頭至少需要包換16個(gè)LED像素點(diǎn)，會(huì)導(dǎo)致屏的視角會(huì)比所使用的LED的視角稍大的現(xiàn)象(假設(shè)面罩無(wú)擋光)。如圖三所示的例子，由100度視角LED所做成的LED顯示屏有134度的可視角。

圖3 LED與LED顯示屏的相對(duì)光強(qiáng)對(duì)比

　　那么LED顯示屏的視角是不是越大越好?其實(shí)這取決于不同的應(yīng)用需求。例如道路交通信息屏，由于顯示內(nèi)容的受眾只為路面車輛，所以視角通常只需要30度左右，過(guò)大的視角反而會(huì)造成在其它角度的光污染，以及能效的降低;又例如戶外大樓外墻的廣告顯示屏，顯示內(nèi)容的受眾為街道上的路人，所以水平視角需要相對(duì)較大，而垂直視角應(yīng)該盡量減小。

　　針對(duì)不同的應(yīng)用需要，歐司朗光電半導(dǎo)體具有一系列不同視角規(guī)格的LED產(chǎn)品，圖四所列為其中3種不同產(chǎn)品。

圖4 不同視角規(guī)格的顯示應(yīng)用LED

　　LED波長(zhǎng)范圍越窄顏色一定越一致?

　　LED顯示屏顯示色彩的均勻一致性取決于以下三點(diǎn)：(1)LED個(gè)體之間顏色的一致性，(2)驅(qū)動(dòng)芯片輸出電流的一致性，(3)溫度的一致性。而這其中LED個(gè)體之間的一致性最重要。雖然目前基于控制系統(tǒng)的逐點(diǎn)校正方法已經(jīng)很成熟，但是校正是要以犧牲絕對(duì)亮度和三基色飽和度為代價(jià)的。是以，LED的出廠一致性對(duì)于顯示色彩的均勻一致性還是至關(guān)重要的。

　　目前行業(yè)中的主流做法是，LED供應(yīng)商通過(guò)主波長(zhǎng)作顏色分Bin，通過(guò)不斷縮小主波長(zhǎng)的上下限范圍來(lái)提高色彩一致性。但是，使用主波長(zhǎng)作為限制顏色的唯一參數(shù)是完全不合理的方式。

　　圖五所示為色度學(xué)領(lǐng)域定義的CIE1931色空間，所有可見光顏色位于該馬蹄形圖形以內(nèi)，并且可以通過(guò)(x, y)坐標(biāo)嚴(yán)格定義。每種顏色具有主波長(zhǎng)和飽和度兩個(gè)屬性。主波長(zhǎng)通過(guò)邊界上的波長(zhǎng)點(diǎn)和等能量點(diǎn)(0.333, 0.333)之前的連線定義，飽和度由該線段上的比例定義。例如在圖五中，我們選取某一綠色點(diǎn)B，作連接E點(diǎn)和B點(diǎn)的直線并延長(zhǎng)到邊界A(540nm)點(diǎn)，那么該綠色的主波長(zhǎng)就是540nm;而該點(diǎn)的飽和度為BE/AE = 50%。線段AE上的所有顏色點(diǎn)都具有540nm的主波長(zhǎng)，而差異在于飽和度不一樣。

圖5 CIE1931色空間

　　所以，主波長(zhǎng)的顏色分Bin方式并不科學(xué)，由于完全缺失了飽和度的規(guī)格限制，即使再窄的波長(zhǎng)范圍也無(wú)法精確限制顏色的一致性。

　　歐司朗光電半導(dǎo)體對(duì)于所有的LED顯示屏用產(chǎn)品，采用基于CIE1931色空間的色坐標(biāo)分Bin方式，對(duì)出貨LED的主波長(zhǎng)和飽和度兩方面同時(shí)限定規(guī)格。和其他家主波長(zhǎng)分Bin的直觀對(duì)比如圖六舉例所示，圖中黃色四邊形是歐司朗LED LRTB GRUG 綠光第5號(hào)Bin(更多其它Bin區(qū)，請(qǐng)參加該產(chǎn)品規(guī)格書) 的顏色區(qū)域所在。而假設(shè)某家其他LED供應(yīng)商以526nm到531nm的主波長(zhǎng)范圍為出貨規(guī)格，那么該規(guī)格在圖六中對(duì)應(yīng)的顏色范圍就是紅色的三角區(qū)域，該區(qū)域幾乎是黃色四邊形的5倍大小。即使是把主波長(zhǎng)范圍縮小至527nm到529nm的2nm寬度，該顏色離散區(qū)域仍然是我們色指標(biāo)四邊形的2倍。

圖6 歐司朗光電半導(dǎo)體色坐標(biāo)分Bin和其他家主波長(zhǎng)分Bin的對(duì)比

　　綜上所述，由于通過(guò)主波長(zhǎng)定義顏色本身的不合理性，并不能通過(guò)縮窄LED的主波長(zhǎng)范圍來(lái)有效提高顏色的一致性。而正確的做法是，通過(guò)色坐標(biāo)分Bin的方式同時(shí)合理限制出貨產(chǎn)品的主波長(zhǎng)范圍和飽和度范圍。歐司朗光電半導(dǎo)體對(duì)于所有的LED顯示屏用產(chǎn)品都采用色坐標(biāo)分Bin方式，通過(guò)精準(zhǔn)的在線分Bin設(shè)備和材料工藝精度控制，我們既能保證自身足夠高的產(chǎn)率又能給LED顯示屏應(yīng)用提供顏色高度一致性的LED。

　　顯示像素密度越大越好?

　　顯示像素密度似乎永遠(yuǎn)是越大越好，因?yàn)檫@意味著理論上顯示畫面就會(huì)越細(xì)膩。然而像素密度到底要多大，我們認(rèn)為需要從以下三方面來(lái)考慮。

　　第一，人眼的分辨能力(暫不考慮人眼以外的觀測(cè)設(shè)備。根據(jù)《TCO Certified Displays 7.0》要求，人眼1度的視角內(nèi)至少需要30個(gè)顯示像素點(diǎn)，也就意味著單個(gè)點(diǎn)間距對(duì)于的視角要求是1/30

　　人眼能夠分辨兩個(gè)點(diǎn)光源的極限是這兩個(gè)點(diǎn)光源和人眼形成1/60的弧度角，那么該兩點(diǎn)的距離(Dpp)和觀測(cè)距離(L)就有如下關(guān)系：

　　當(dāng)觀測(cè)距離(L)是10米時(shí)，點(diǎn)間距的極限(Dpp)就是5.8mm。更高的像素密度將是沒有意義的。

圖7 點(diǎn)間距和觀測(cè)距離

　　第二，片源，視頻處理器和驅(qū)動(dòng)芯片的負(fù)載能力。片源的分辨率若遠(yuǎn)低于顯示設(shè)備的分辨率，顯示設(shè)備顯然是能力過(guò)剩。對(duì)于視頻處理器和驅(qū)動(dòng)芯片，如果能力保持一定，那么負(fù)載像素的增多會(huì)造成刷新頻率或者灰階的降低。很多時(shí)候，低刷新或者低灰?guī)?lái)的顯示效果比像素密度低還要差。

　　第三，成本。首先LED數(shù)量的增加會(huì)隨著像素分辨率的平方倍增加。PCB板的成本也會(huì)因?yàn)閱挝幻娣e更為負(fù)責(zé)的線路設(shè)計(jì)而增加。另外，如果不想犧牲行掃數(shù)、刷新率或灰度，驅(qū)動(dòng)元器件的成本也會(huì)急劇增加。

　　相同點(diǎn)間距下，LED尺寸越大越好?

　　這個(gè)問題可以等價(jià)為L(zhǎng)ED發(fā)光面在總個(gè)顯示面積中的占據(jù)比例，顯示效果是不是越大越好。首先需要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是，要討論顯示效果，都要以在合適的觀測(cè)距離為前提的。如果觀測(cè)距離過(guò)近，導(dǎo)致圖案像素離散，那就是像素密度設(shè)計(jì)不合適的問題，而不是LED占據(jù)比例不足的問題。

　　在觀測(cè)距離足夠大的情況下，LED發(fā)光面在總個(gè)顯示面積中的占據(jù)比例將會(huì)影響屏幕的對(duì)比度。由于LED與LED之間的空間會(huì)由面罩占據(jù)，而即使是最黑的LED，表明反光率也會(huì)比面罩高，所以，LED發(fā)光面在總個(gè)顯示面積中的占據(jù)比例越高，屏幕的對(duì)比度就越低。圖八為相同點(diǎn)間距、不同LED尺寸的顯示示意對(duì)比。

圖8 相同點(diǎn)間距、不同LED尺寸的顯示示意對(duì)比

　　針對(duì)這一理論，歐司朗光電半導(dǎo)體推出1010尺寸封裝的高亮度LED (型號(hào)LRTB R48G)，適合點(diǎn)間距3-5mm的顯示設(shè)計(jì)。相對(duì)于傳統(tǒng)基于2020或相似尺寸LED的設(shè)計(jì)，LRTB R48G可以在保證亮度的前提下提供更高的顯示對(duì)比度。

　　戶外防護(hù)能力=防水性能?

　　針對(duì)戶外使用的LED顯示屏需要應(yīng)對(duì)嚴(yán)酷的環(huán)境考驗(yàn)，對(duì)LED的可靠性要求很好。目前行業(yè)內(nèi)不少做法是直接看防水性能。誠(chéng)然，顯示屏上LED因?yàn)槭艹被蜻M(jìn)水而導(dǎo)致的失效在所有各種失效模式中占比很高。但是，LED的戶外可靠性絕不簡(jiǎn)單等價(jià)于防水性能。我們認(rèn)為對(duì)于LED除了防水性能的要求，還需至少考慮以下三點(diǎn)：(1)戶外復(fù)雜氣體成分對(duì)LED的影響;(2)太陽(yáng)輻射對(duì)LED的影響;(3)戶外更加嚴(yán)苛的高低溫以及濕度用LED的影響。

　　歐司朗光電半導(dǎo)體對(duì)于戶外LED顯示屏應(yīng)用的LED，嚴(yán)格規(guī)定以下7大類22項(xiàng)可靠性測(cè)試要求。在防水性能上，采用國(guó)際通用的IP等級(jí)測(cè)試規(guī)范。針對(duì)上面提到的另外三點(diǎn)，我們?cè)黾痈g性氣體測(cè)試和鹽霧測(cè)試可以保證產(chǎn)品應(yīng)用于各種惡劣室外環(huán)境(如工業(yè)或汽車尾氣環(huán)境，海邊潮濕環(huán)境等);太陽(yáng)/紫外輻射測(cè)試可以保證產(chǎn)品在戶外陽(yáng)光直接照射下的性能可靠性;更全的高低溫含濕度的壽命測(cè)試、高低溫沖擊測(cè)試來(lái)應(yīng)對(duì)戶外溫度濕度的劇烈變化。具體測(cè)試條件和結(jié)果請(qǐng)參閱歐司朗光電半導(dǎo)體不同產(chǎn)品的可靠性報(bào)告文件。

圖9 歐司朗光電半導(dǎo)體對(duì)于戶外顯示屏應(yīng)用的LED產(chǎn)品的測(cè)試規(guī)范

　　不“死燈”就是LED沒失效?

　　業(yè)界通常使用“死燈”(LED短路或開路)來(lái)定義LED的失效與否，用“死燈”率ppm來(lái)評(píng)判LED質(zhì)量的高低。誠(chéng)然，LED的短路和開路會(huì)直接導(dǎo)致LED顯示屏上的壞點(diǎn)、線狀或者十字顯示失效。然而我們認(rèn)為，LED的失效不能只定義為開路或短路，而應(yīng)該是任何關(guān)鍵規(guī)格參數(shù)的變化超過(guò)可接受范圍。這樣規(guī)格參數(shù)至少應(yīng)該包含：(1)亮度——LED亮度的衰減會(huì)降低屏幕亮度，RGB之間的衰減不一致會(huì)造成屏幕的整體色飄，LED個(gè)體之間的衰減不一致會(huì)造成“花屏”;(2)色點(diǎn)——色點(diǎn)的變化通過(guò)會(huì)造成屏幕飽和度的下降，三基色以及白平衡的色飄，LED個(gè)體之間的色點(diǎn)偏移不一致會(huì)造成“花屏”;(3)電壓值——LED的老化會(huì)造成電壓值得升高，過(guò)高的LED電壓可能會(huì)造成驅(qū)動(dòng)芯片控制的問題;(4)反向漏電流——特別針對(duì)戶內(nèi)小間距應(yīng)用，反向漏電流的變大正是LED短路的前兆。

　　歐司朗光電半導(dǎo)體所有LED顯示屏應(yīng)用的LED產(chǎn)品，都能提供詳盡的可靠性測(cè)試報(bào)告。報(bào)告內(nèi)容不只是提供“死燈”率，而是通過(guò)在每項(xiàng)測(cè)試中LED關(guān)鍵規(guī)格隨時(shí)間變化的曲線(如圖十所示，產(chǎn)品LRTB GRUG在高溫高濕1000小時(shí)的測(cè)試中，亮度、電壓和色點(diǎn)隨時(shí)間的變化曲線)。