未來(lái)高清LED顯示屏將得到廣泛運用，高清LED顯示屏工程驗收急需建立適用的驗收指標體系。本文從LED燈珠的點(diǎn)間距和燈珠尺寸對顯示屏整體顯示的影響、LED燈珠類(lèi)型對顯示屏視角的影響、LED燈珠的角度一致性對顯示屏顯示均勻性的影響、LED燈珠的可靠性和失效率指標、LED燈珠亮度衰減特性指標、能效指標和測試方法六個(gè)方面，將高清LED顯示屏與全彩LED顯示屏之間的技術(shù)差異進(jìn)行了分析，提出了適用于高清LED顯示屏的工程驗收指標體系。

1高清LED顯示屏工程驗收急需建立適用的驗收指標體系

北京奧運會(huì )讓全國人民驚嘆于LED顯示技術(shù)的魔力，10年過(guò)去了，LED顯示技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域都取得了長(cháng)足發(fā)展，究其原因，還是因為L(cháng)ED顯示屏有著(zhù)如下技術(shù)優(yōu)勢：

1）可以通過(guò)多個(gè)模塊拼接實(shí)現很大設計尺寸；

2）可動(dòng)態(tài)播放3D等各種格式的視頻信息；

3）成像效果細膩逼真；

4）同等尺寸下更加節能環(huán)保；

5）硬件易維護易保養。

回顧LED顯示屏的發(fā)展歷程，可以把2000年之前稱(chēng)為單基色LED顯示屏時(shí)代；2000年到2008年稱(chēng)為三基色顯示屏時(shí)代；2008年到2016年稱(chēng)為全彩LED顯示屏時(shí)代。2016年杭州G20峰會(huì )讓世人感受到高清LED顯示屏時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。

《2016-2020年LED顯示屏行業(yè)競爭分析及“十三五”發(fā)展規劃指導報告》指出：

1）2018年小間距高分辨率LED顯示屏（簡(jiǎn)稱(chēng)高清LED顯示屏）的國內市場(chǎng)規模將達到100億人民幣。

2）隨著(zhù)觀(guān)眾對色彩還原和視覺(jué)效果的不斷追求，高清LED顯示屏將在新聞媒體、大型商業(yè)中心、公眾廣場(chǎng)、會(huì )展場(chǎng)館等得到廣泛運用。

3）預計2020年高清LED顯示屏將完全取代DLP背投顯示屏或其他LED顯示屏。

LED顯示屏需要專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行現場(chǎng)安裝調試，所以就會(huì )涉及到工程驗收。針對傳統全彩LED顯示屏的工程驗收已經(jīng)形成了一套比較成熟的驗收指標。但是隨著(zhù)高清LED顯示屏的快速發(fā)展，繼續借用傳統全彩LED顯示屏的驗收技術(shù)指標，業(yè)界普遍反映指標不合理，無(wú)法解決工程實(shí)踐中出現的各種技術(shù)難題。針對高清LED顯示屏的工程驗收急需建立適用的驗收指標體系。

2高清LED顯示屏與傳統全彩LED顯示屏之間的技術(shù)差異分析

為什么借用傳統全彩LED顯示屏的驗收技術(shù)指標，業(yè)界普遍反映指標不合理，無(wú)法解決工程實(shí)踐中出現的各種技術(shù)難題?？梢詮南旅媪鶄€(gè)方面進(jìn)行分析比較：

2.1LED燈珠的點(diǎn)間距和燈珠尺寸對顯示屏整體顯示的影響

如圖1所示：LED燈珠的點(diǎn)間距就是指相鄰兩個(gè)燈珠之間的距離。單基色LED顯示屏時(shí)代，LED顯示屏的點(diǎn)間距通常是4mm，因此單基色LED顯示屏的規格也叫P4屏；三基色顯示屏時(shí)代，LED顯示屏的點(diǎn)間距已經(jīng)縮小到1.5mm或1.0mm，因此三基色顯示屏的規格也叫P1.5或P1.0屏。全彩LED顯示屏的點(diǎn)間距已經(jīng)降低到0.8mm。與此同時(shí)，LED燈珠的尺寸也在降低：較早的單基色LED燈珠的規格為3535（尺寸：3.5mm×3.5mm）和2121（尺寸：2.1mm×2.1mm），三基色LED燈珠的規格1010尺寸已經(jīng)減少到1.0mm×1.0mm；目前全彩LED顯示屏普遍使用的是0808（尺寸：0.8mm×0.8mm）或0606（尺寸：0.6mm×0.6mm）規格的LED燈珠。相信不久的將來(lái)高清LED顯示屏上將出現0404（尺寸：0.4mm×0.4mm）規格的LED燈珠。

為了追求更細膩的高分辨率，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。目前小間距芯片較常見(jiàn)的表面積有30mil2、25mil2和20mil2這三個(gè)規格。

似乎只要能繼續縮小芯片的表面積就可以得到更高的顯示分辨率，達到4K、8K甚至更高分辨率的LED顯示屏，但是芯片制造商答復：在目前的工藝制造水平下，LED芯片表面積達到17mil2后，基本再無(wú)縮小的可能性。為什么芯片表面積無(wú)法繼續縮小下去呢？主要有三方面因素制約著(zhù)：

1）封裝吸嘴內徑的限制

在封裝固晶過(guò)程中，需要使用工業(yè)吸嘴（見(jiàn)圖2）吸取LED芯片，目前工業(yè)用的吸嘴內徑只能達到80μm，因此只有當芯片的尺寸大于80μm才能被吸嘴有效吸住。

2）芯片電很的限制

目前較小芯片電很（焊線(xiàn)）的直徑只能達到45μm，再細的電很無(wú)法保證芯片的可靠性，燈珠失效率將大大增加。同時(shí)為了保證芯片正常工作的電流特性，兩很之間也需要有一定的間距。上述兩點(diǎn)限制了芯片尺寸無(wú)法繼續縮小。

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(xiàn)間距、光刻加工能力等都會(huì )影響LED芯片無(wú)法繼續縮小。

2.2LED燈珠類(lèi)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(guān)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(lèi)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(jiàn)表1。

高清LED顯示屏通常也會(huì )選用食人魚(yú)類(lèi)LED燈珠。全彩LED顯示屏工程驗收中并不關(guān)心LED燈珠的類(lèi)型，也不關(guān)心顯示屏的視角范圍。高清LED顯示屏追求觀(guān)眾的良好視覺(jué)，對視角范圍做出了嚴格的規定，只有掌握LED燈珠的類(lèi)型才能繼續后續的工程驗收。

2.3LED燈珠的角度一致性對顯示屏顯示均勻性的影響

繼續用圖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(cháng)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(shí)，亮度變化匹配一致，就需要有一個(gè)技術(shù)指標。目前全彩LED燈珠的角度一致性指標為：①波長(cháng)范圍±5nm；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(xiàn)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(xiàn)性工作區的離散性遠大于線(xiàn)性工作區。目前采取的解決方案：1）優(yōu)化外延方向，降低線(xiàn)性工作區下限；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、掃描偏色、低亮度時(shí)色澤偏紅以及低灰度時(shí)亮度不均勻等問(wèn)題，在目前階段只能通過(guò)調節IC控制端與逐點(diǎn)校正來(lái)緩解上述問(wèn)題。

2.4LED燈珠的可靠性和失效率指標

LED顯示屏被經(jīng)常詬病的一個(gè)技術(shù)指標就是“LED顯示屏的壽命10萬(wàn)h”。應該指出理論上合格的LED燈珠，其使用壽命可以達到10萬(wàn)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、顯示屏現場(chǎng)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、采用相同的芯片結構，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(lái)越小，隨著(zhù)芯片尺寸的不斷變小，芯片內部的缺陷數呈幾何倍數增長(cháng)，LED芯片抗靜電能力（ESD）快速降低。反向漏電（IR）跟芯片內部的缺陷數成正相關(guān)，IR值越大意味著(zhù)LED片內部的缺陷越多。因此在高清LED顯示屏工程驗收指標中應該加入抗靜電能力（ESD）和反向漏電（IR）兩項指標作為屏體壽命的支持參數。

對傳統全彩LED顯示屏來(lái)說(shuō)，1m2顯示模塊由1萬(wàn)個(gè)LED燈珠組成，這1萬(wàn)個(gè)LED燈珠中有1個(gè)LED燈珠失效，觀(guān)眾基本可以接收。對高清LED顯示屏來(lái)說(shuō)，1m2顯示模塊有20萬(wàn)個(gè)LED燈珠組成，如果還是允許每1萬(wàn)個(gè)燈珠可以有1個(gè)LED燈珠失效，那么1m2顯示模塊就會(huì )出現20個(gè)失效LED燈珠，觀(guān)眾很難接收這樣的成像效果。

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

2.5LED燈珠亮度衰減特性指標

LED顯示屏使用9~10個(gè)月后常常會(huì )出現“花屏”現象，分析原因：①LED燈珠亮度衰減導致LED顯示屏整體亮度降低；②LED燈珠中紅、綠、藍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收指標見(jiàn)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板的散熱設計、使用環(huán)境的污染等級等因素都會(huì )影響LED燈珠的亮度衰減。按照目前的經(jīng)驗，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。

從表4對比情況可以發(fā)現：隨著(zhù)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(guò)調節芯片結構來(lái)提升，而芯片結構又受到芯片尺寸的約束。

“低亮低灰”是目前高清LED顯示屏較大的短板，如果亮度衰減特性指標還繼續沿用全彩LED顯示屏的工程驗收指標,“花屏”現象將非常嚴重。因此建議收緊亮度衰減特性指標：高清LED顯示屏紅色亮度衰減指標控制在1.5%之內，藍、綠色亮度衰減指標控制在5%之內。

2.6能效指標和測試方法

如果LED顯示屏沒(méi)有自動(dòng)亮度調節功能，長(cháng)時(shí)間以較高亮度運行，不僅縮短LED燈珠的使用壽命，其耗電量也不可忽視。以100m2的全彩LED顯示屏為例：?jiǎn)挝幻娣e顯示屏的平均功率為400W，一天亮屏10h，那么一天的用電量就是0.4kW/h×10h×100m2=400kW。一年的電費=400kW×365天×1元/度=167900kW×1元/度=14.6萬(wàn)元。

從上面的案例不難理解,使用各種節能環(huán)保技術(shù)，減少能耗是LED顯示屏發(fā)展的大勢所趨。全彩傳統LED顯示屏由于單粒LED燈珠的亮度較大，借用GB21520-2015《計算機顯示器能效限定值及能效等級》的測試方法可以較好的模擬實(shí)際能耗情況。高清LED顯示屏單位面積的燈珠數量較全彩LED顯示屏多數倍或數十倍，加上高清LED顯示屏存在“低亮低灰”的特性，繼續沿用全彩LED顯示屏的能效指標和測試方法，將產(chǎn)生較大的偏差。

為了模擬出高清LED顯示屏的實(shí)際能耗水平，建議采用美國平板電視能源之星7.0的測試方法和評價(jià)指標：?jiǎn)挝幻娣e的年耗電量AEC（kW·h）。因為高清LED顯示屏的能效技術(shù)更接近平板數字電視。信號源：建議使用IEC62087第三版，Methodsofmeasurementforthepowerconsumptionofaudio,videoandrelatedequipment自帶的高清視頻信號。該視頻信號對節目類(lèi)型進(jìn)行了統計，分別摘取代表性的畫(huà)面組合為全長(cháng)10min的高清視頻信號。

單位面積戶(hù)內高清LED顯示屏的能效指標：年耗電量AEC（kW·h）=365×（Pon×Hon+Poff×Hoff）/1000以電梯口LED顯示屏為例，每天工作時(shí)間Hon通常為19h，關(guān)閉時(shí)間Hoff通常為5h。單位面積戶(hù)外高清LED顯示屏的能效指標：年耗電量AEC（kW·h）=365×（Ponw×Honw+Ponn×Honn+Poff×Hoff）/1000以采用自動(dòng)亮度節能技術(shù)的LED廣場(chǎng)顯示屏為例，每天工作時(shí)間Hon通常為13h，其中白天工作時(shí)間Honw為8h，夜晚工作時(shí)間Honn為5h，關(guān)閉時(shí)間Hoff為11h。

3適用于高清LED顯示屏的工程驗收指標

根據第二部分的分析，似乎高清LED顯示屏除了分辨率具有一點(diǎn)優(yōu)勢外，在其他方面都處于劣勢。在目前階段，這是事實(shí)，但是不要忘記飛機的發(fā)展歷程，所有新興事物都是由不完善走向完善的。相信在全彩LED顯示技術(shù)的基礎上，不久的將來(lái)，高清LED顯示屏的技術(shù)指標一定能全面很越全彩LED顯示屏。另一方面，正因為高清LED顯示屏還處于起步階段，更應該為其保駕護航。結合多年的工程驗收和檢測分析經(jīng)驗，佳恒武漢LED顯示屏廠(chǎng)家提出了適用于高清LED顯示屏工程驗收的全套指標體系，主要技術(shù)指標見(jiàn)表5范例。

4總結

就如目前新能源汽車(chē)跟傳統汽車(chē)技術(shù)，風(fēng)電和火電技術(shù)相比，高清LED顯示屏的技術(shù)指標對比全彩LED顯示屏技術(shù)肯定還有很多提升的空間，但是高清LED顯示屏代表著(zhù)未來(lái)的顯示技術(shù)趨勢。隨著(zhù)微電子技術(shù)和精密加工工藝的快速發(fā)展，高清LED顯示屏的技術(shù)指標一定會(huì )全面很越全彩LED顯示屏技術(shù)。高清LED顯示屏的工程驗收指標必須根據目前的實(shí)際技術(shù)水平，制定合理的工程驗收指標體系。既要保護業(yè)主采購單位的利益，又要推動(dòng)高清LED顯示屏行業(yè)的快速發(fā)展。本文希望起到拋磚引玉的作用，激發(fā)起高清LED顯示屏行業(yè)在工程驗收領(lǐng)域展開(kāi)研究、實(shí)踐和討論。