LED全彩顯示屏配光(guāng)解決方案

中國大(dà)陸的(de)LED顯示幕産業最早起步於1987年前後，經過十來(lái)年的(de)共同發展，現已初具規模。目前，LED顯示幕的(de)生産廠家越來(lái)越多(duō)，其中不乏一些優秀的(de)企業，他(tā)們共同繁榮了(le)這(zhè)個(gè)新興的(de)高(gāo)科技産業。二十一世紀是個(gè)平闆顯示的(de)時(shí)代，LED顯示幕作爲平闆顯示的(de)主流産品之一，也(yě)必将會有更大(dà)的(de)前景。
LED顯示幕是一種由電腦(nǎo)技術、資訊處理(lǐ)技術、電子技術、光(guāng)學及色度學等高(gāo)新技術相結合的(de)電子顯示器，一般地說，LED顯示幕又分(fēn)爲單色屏，雙色屏及全彩屏。所謂單色屏，顧名思義，顯示器是由單一的(de)某種顔色的(de)LED組成。把紅色和(hé)綠(lǜ)色LED作爲一個(gè)圖元的(de)顯示幕叫雙色屏或彩色屏。把紅、綠(lǜ)、蘭三種LED放在一起作爲一個(gè)圖元的(de)顯示幕叫三色屏或全彩屏。伴随綠(lǜ)色晶片亮度不斷地提升，全彩屏正以一種前所未有的(de)速度在普及和(hé)推廣。特别是北(běi)京申奧的(de)成功，它提出"綠(lǜ)色奧運"的(de)号召，使得(de)LED全彩屏的(de)市場(chǎng)前景更爲誘人(rén)。
LED全彩屏又分(fēn)爲室内屏（Indoor）和(hé)戶外屏（Outdoor），我們先介紹幾個(gè)全彩屏的(de)常用(yòng)術語。點(Pixel)：圖元點的(de)簡稱，一般由R/G/B三種顔色的(de)LED組成。按組成的(de)方式不同，又分(fēn)爲1R/1G/1B、2R/1G/1B、2R/2G/1B等不同的(de)組合方式，它是全彩屏的(de)基本成像單位。
點間距（Pitch）：顯示幕各圖元的(de)中心點之間的(de)距離，一般用(yòng)mm表示,它決定了(le)一個(gè)全彩屏的(de)圖元數量。灰度等級(Gray Scale)：顯示幕亮度調節的(de)精細度就叫做(zuò)顯示幕的(de)灰度等級,一般地說,灰度等級越高(gāo),顯示顔色就越豐富。LED改變顔色的(de)驅動方式一般有兩種，一種是改變LED的(de)電流。一般來(lái)說，LED 的(de)工作電流最好設定在20mA以下(xià)，以保證LED的(de)抗衰減性。另外一種是利用(yòng)人(rén)眼的(de)視覺惰性，用(yòng)脈沖調制來(lái)實現灰度控制。人(rén)對(duì)圖元平均亮度的(de)感覺可(kě)取決於它的(de)衰/滅（占空比），即周期性地改變占空比，隻要這(zhè)個(gè)周期足夠短，人(rén)眼就感覺不出它的(de)衰/滅。一般地說，室内屏的(de)點間距（Pitch）爲2-12mm，其中2-8mm的(de)室内屏一般使用(yòng)TOP型的(de)貼片方式或現在發展起來(lái)的(de)亞表貼方式。戶外屏的(de)點間距（Pitch）爲14-26mm，以現在綠(lǜ)色LED亮度水(shuǐ)平，Pitch爲20mm的(de)顯示幕是其中最主流的(de)産品。國内的(de)顯示幕制造商，經過這(zhè)十幾年的(de)發展，進步非常快(kuài)，但和(hé)歐美(měi)日等發達國家相比，還(hái)是有一定的(de)差距，特别是其中最主要的(de)顯示器件LED的(de)封裝工藝及設計水(shuǐ)平，還(hái)是有很多(duō)不足之處。深圳雷曼光(guāng)電科技有限公司作爲中國光(guāng)學光(guāng)電子行業協會LED顯示幕分(fēn)會的(de)成員(yuán)之一，長(cháng)期專注於顯示幕用(yòng)LED的(de)配光(guāng)研究，公司彙集了(le)一批長(cháng)期緻力於LED研究的(de)精英，投入大(dà)量設備及人(rén)力對(duì)國外領先同行的(de)産品進行深入研究，并結合自身的(de)特點，總結出一套LED配光(guāng)、配色的(de)解決方法，現與大(dà)家分(fēn)享，以共同提高(gāo)各LED封裝廠的(de)工藝和(hé)配光(guāng)水(shuǐ)平，爲中國LED全彩顯示幕的(de)技術提升盡一份自己的(de)責任。LED配光(guāng)方法是一整套技術，它包括投産晶片的(de)K-factor管理(lǐ)、封裝工藝的(de)控制、白平衡的(de)調配及LED Lens的(de)光(guāng)學設計等等。現分(fēn)别陳述如下(xià)：
一、晶片的(de)K-factor管理(lǐ)雷曼光(guāng)電對(duì)每一批量産産品的(de)晶片都進行了(le)嚴格地控制。我們爲每一産品都建立了(le)自己的(de)檔案，從這(zhè)份檔案中我們可(kě)以清楚知道某一生産令的(de)投産晶片資料，而且會把所有的(de)分(fēn)級資料存檔分(fēn)析，這(zhè)樣我們就有了(le)公司所有産品的(de)K-factor明(míng)細，從而也(yě)從源頭開始就把産品列入控制，我們就能根據客戶的(de)具體需求，精确地計算(suàn)出我們所需要晶片的(de)規格。特别是生産全彩顯示幕用(yòng)的(de)産品，我們對(duì)晶片的(de)控制特别嚴格，不僅僅是達到客戶的(de)亮度要求就夠了(le)，我們要站在客戶的(de)角度上，實實在在地爲他(tā)們解決白平衡調節中所遇到的(de)困難，除了(le)要達到客戶的(de)波長(cháng)要求和(hé)亮度要求外，以下(xià)兩點細節要特别引起注意，一是成品的(de)亮度要成正态分(fēn)布，不能出現亮度不連續的(de)現象，對(duì)波長(cháng)的(de)要求也(yě)一樣，而且要特别注意晶片投料時(shí)一定要把所投晶片的(de)波長(cháng)平均值明(míng)細以及每闆晶片的(de)數量列出，要在電腦(nǎo)上進行分(fēn)析，也(yě)可(kě)以作一個(gè)直方圖，以明(míng)确晶片的(de)波長(cháng)分(fēn)布是否成正态分(fēn)布。如果以上細節不注意，顯示幕制造商在調白平衡時(shí)，由於LED的(de)亮度和(hé)波長(cháng)不成正态分(fēn)布，調整起來(lái)就特别不容易。
二、封裝工藝的(de)控制全彩顯示幕用(yòng)LED的(de)封裝工藝有自己的(de)特點。我們首先要做(zuò)的(de)是控制原物(wù)料，因爲戶外全彩屏的(de)使用(yòng)環境惡劣，不是長(cháng)期在高(gāo)溫下(xià)工作就是長(cháng)期在低溫下(xià)工作，而且長(cháng)期受雨(yǔ)水(shuǐ)的(de)腐蝕，如LED的(de)信賴度不是很好，很容易出現瞎點的(de)現象，所以我們很注意對(duì)原物(wù)料品質的(de)控制。公司有一整套物(wù)料檢查的(de)先進設備，可(kě)以幫助我們嚴格地控制原物(wù)料。我們全彩屏LED産品上，都是使用(yòng)具有高(gāo)導熱(rè)、導電性能的(de)優質銅支架，這(zhè)樣可(kě)以大(dà)大(dà)地降低LED的(de)熱(rè)阻。另外，我們對(duì)支架的(de)鍍層也(yě)作了(le)特别規定，以保證我們的(de)品質需求。爲了(le)提高(gāo)成品的(de)亮度，我們還(hái)對(duì)支架碗杯作了(le)亞光(guāng)處理(lǐ)。在環氧樹脂的(de)選擇上，我們針對(duì)顯示幕的(de)工作特點，特别選用(yòng)了(le)能夠抗UV的(de)高(gāo)Tg膠水(shuǐ)。在烘烤工藝上，我們使用(yòng)的(de)是緩冷(lěng)緩熱(rè)的(de)烘烤工藝，這(zhè)種烘烤工藝經我們大(dà)量的(de)實驗，可(kě)以提高(gāo)膠水(shuǐ)的(de)Tg點，而且最爲關鍵的(de)是它可(kě)以有效地降低膠水(shuǐ)的(de)内應力，這(zhè)就大(dà)大(dà)地提高(gāo)了(le)産品的(de)信賴性。
三、白平衡設計我們根據客戶的(de)需求，總結出一套自己的(de)計算(suàn)方式。客戶隻要将你所需要的(de)亮度和(hé)顯示幕的(de)點間距告訴我們，我們就可(kě)以全方位地爲客戶服務，爲客戶的(de)顯示幕作一個(gè)完美(měi)的(de)配光(guāng)方案。爲方便下(xià)面的(de)介紹，我先介紹幾個(gè)術語及定義。白平衡：将三種顔色調配到一種設想的(de)白色的(de)過程。調配可(kě)分(fēn)兩個(gè)内容：
顔色和(hé)亮度。
1：設定固定條件：溫度、電壓、選用(yòng)電源線。
2： 設定顔色目标及範圍（公差），一般是指目标顔色的(de)X，Y值。
3：進行白色亮度調節。混合色的(de)總亮度等於組成混合色的(de)各種顔色的(de)亮度總合稱爲亮度相加定律。顔色外觀相同的(de)光(guāng)，不管它們的(de)光(guāng)譜成份是否一樣，在顔色混合中具有相同的(de)效果，就是說，凡是在視覺上相同的(de)顔色都是等效的(de)，由此定律可(kě)導出顔色的(de)代替律。顔色匹配方程若以（C）代表被匹配顔色的(de)單位，（R）（G）（B）代表産生混合色的(de)紅、綠(lǜ)、藍三原色的(de)單位，R、G、B、C分(fēn)别代表紅、綠(lǜ)、藍和(hé)被匹配顔色的(de)數量，當達到匹配時(shí)：
C（C）≡R（R）≡G（G）≡B（B）
≡表示視覺上相等，R、G、B爲代表量，可(kě)以爲負值。
請參看下(xià)圖：我們先介紹一個(gè)重心定律給大(dà)家，圖中B爲顔色1，G爲顔色2，R爲顔色3，C爲G+R的(de)混合色，W爲B+C的(de)混合色，這(zhè)其實就是一個(gè)白平衡的(de)示意圖，我們可(kě)以把C作爲綠(lǜ)色和(hé)紅色的(de)混合色，從圖中可(kě)以看出，它大(dà)約位於黃(huáng)色的(de)區(qū)域，C再和(hé)藍色混合，它可(kě)以通(tōng)過我們的(de)白色區(qū)間，是可(kě)以混出白光(guāng)的(de)。 其中B=X1+Y1+Z1C=X2+Y2+Z2
X1、Y1、Z1；X2、Y2、Z2爲藍光(guāng)和(hé)混合色C的(de)三刺激值。重心定律就是： CM/BM=B/C=（X1+Y1+Z1）/（X2+Y2+Z2）
也(yě)就是CM的(de)距離與C成反比，即混合色中C所占的(de)比重越大(dà)，CM的(de)距離越短，這(zhè)就和(hé)白燈制作時(shí)大(dà)家的(de)經驗一樣，螢光(guāng)粉的(de)量越多(duō)，光(guāng)色越偏黃(huáng)（即CM越短）。下(xià)面給大(dà)家介紹我們的(de)計算(suàn)方法：1. 首先要将面光(guāng)源轉爲點光(guāng)源，得(de)出W點的(de)亮度值，我們知道面光(guāng)源的(de)單位是Nit，即cd/m2，而我們LED的(de)亮度是mcd，我們注意将單位轉mcd。用(yòng)顯示幕的(de)總亮度除以每平方米的(de)點數即可(kě)。
2. 尋找R、G兩種顔色配色後的(de)座标（已知R、G、B、W四點座标計算(suàn)BW直線的(de)延長(cháng)線的(de)交點可(kě)得(de)出C點座标）。
3. 根據重心定律可(kě)計算(suàn)出C點的(de)IV值（已知W點的(de)IV值）。
4.根據補色原理(lǐ)，可(kě)以得(de)出B、G、R的(de)IV值。
5. 根據所需的(de)IV值計算(suàn)所需用(yòng)的(de)電流值（前提是已知20mA的(de)IV值，且近似認爲IV與電流成正比）。說明(míng)：1.該方法可(kě)計算(suàn)R/G/B各需要的(de)LED數。
2.可(kě)近似的(de)計算(suàn)在使用(yòng)過程中R/G/B所需要的(de)電流值，這(zhè)裏的(de)電流隻能是近似值，有以下(xià)原因：
① IV與電流不一定完全成正比關系。
② 所知道的(de)LED的(de)IV、WD爲一平均值。故在調白平衡時(shí)，還(hái)要根據實際情況，略作調整，不能完全照(zhào)此數值來(lái)進行調節。也(yě)許你認爲上述方法過於專業和(hé)繁瑣，那我們還(hái)有一種比較簡便的(de)方法供你參考，爲解說方便，我們以舉例的(de)方式來(lái)介紹。我們知道，混合一種白光(guāng)的(de)R/G/B大(dà)緻比例爲3：6：1，我們根據這(zhè)個(gè)知識就很方便地計算(suàn)出每種顔色LED所需的(de)亮度值。比如有一客戶需要一塊Pitch爲16mm，亮度爲5000Nit的(de)戶外全彩屏，那麽我們應該怎樣來(lái)計算(suàn)我們的(de)LED每種顔色到底需要多(duō)高(gāo)亮度。1.先計算(suàn)每一平方米的(de)Pixel數量=1 m2/（16mm X16mm X10-6）=3906 pcs/m2
2.每一Pixel的(de)亮度=5000Nit/3906 pcs/m2=1.28cd/m2
3.如果圖元組成方式爲1：1：1時(shí)，則可(kě)按以下(xià)方法計算(suàn)
Red=1.28 X 30% X 1000=384mcd
Green=1.28 X 60% X 1000=768mcd
Blue=1.28 X 10% X 1000=128mcd
這(zhè)樣我們很快(kuài)就知道了(le)答(dá)案，很方便是嗎？但以上計算(suàn)方法隻能很粗略地計算(suàn)，而且有一點要特别注意，由於LED裝上屏後，要封上一層黑(hēi)膠，這(zhè)會降低LED的(de)亮度，再加上各種不同的(de)LED在老化(huà)後都有不同程度的(de)衰減，根據我們多(duō)年的(de)經驗，爲使顯示幕達到在陽光(guāng)下(xià)圖像清晰所必需的(de)5000Nit，最好将設計值提高(gāo)30%，即爲6500Nit比較安全。四、Lens的(de)光(guāng)學設計LED是一個(gè)十分(fēn)精密的(de)光(guāng)學系統，碗杯、晶片和(hé)Lens的(de)搭配要十分(fēn)得(de)當才是一個(gè)好的(de)光(guāng)學設計。一般地說，我們原來(lái)大(dà)部份封裝廠都沒有很重視這(zhè)一點，這(zhè)也(yě)是我們的(de)顯示幕技術趕不上歐美(měi)等發達國家的(de)一個(gè)很重要的(de)原因。我們經過大(dà)量的(de)分(fēn)析，發現紅色晶片和(hé)雙墊極的(de)綠(lǜ)、藍色晶片，在晶片的(de)材質、各結構層的(de)厚薄、折射率以及它們裸晶光(guāng)斑都有很大(dà)的(de)差異，且它們的(de)物(wù)理(lǐ)尺寸也(yě)相差太大(dà)，要想使R/G/B三種顔色的(de)LED亮度變化(huà)在左右各90度的(de)範圍内保持高(gāo)度一緻，須使用(yòng)不同的(de)光(guāng)學Lens。