未來高清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(biāo)體系。本文從LED燈珠的點間距和燈珠尺寸對顯示屏整體顯示的影響、LED燈珠類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(biāo)、LED燈珠亮度衰減特性指標(biāo)、能效指標(biāo)和測試方法六個方面，將高清LED顯示屏與全彩LED顯示屏之間的技術(shù)差異進行了分析，提出了適用于高清LED顯示屏的工程驗收指標(biāo)體系。

1高清LED顯示屏工程驗收急需建立適用的驗收指標(biāo)體系

北京奧運會讓全國人民驚嘆于LED顯示技術(shù)的魔力，10年過去了，LED顯示技術(shù)在各個領(lǐng)域都取得了長足發(fā)展，究其原因，還是因為LED顯示屏有著如下技術(shù)優(yōu)勢：

1）可以通過多個模塊拼接實現(xiàn)很大設(shè)計尺寸；

2）可動態(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(jié)能環(huán)保；

5）硬件易維護易保養(yǎng)。

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

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

1）2018年小間距高分辨率LED顯示屏（簡稱高清LED顯示屏）的國內(nèi)市場規(guī)模將達到100億人民幣。

2）隨著觀眾對色彩還原和視覺效果的不斷追求，高清LED顯示屏將在新聞媒體、大型商業(yè)中心、公眾廣場、會展場館等得到廣泛運用。

3）預(yù)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顯示屏需要專業(yè)人員進行現(xiàn)場安裝調(diào)試，所以就會涉及到工程驗收。針對傳統(tǒng)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(biāo)。但是隨著高清LED顯示屏的快速發(fā)展，繼續(xù)借用傳統(tǒng)全彩LED顯示屏的驗收技術(shù)指標(biāo)，業(yè)界普遍反映指標(biāo)不合理，無法解決工程實踐中出現(xiàn)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(biāo)體系。

2高清LED顯示屏與傳統(tǒng)全彩LED顯示屏之間的技術(shù)差異分析

為什么借用傳統(tǒng)全彩LED顯示屏的驗收技術(shù)指標(biāo)，業(yè)界普遍反映指標(biāo)不合理，無法解決工程實踐中出現(xiàn)的各種技術(shù)難題。可以從下面六個方面進行分析比較：

2.1LED燈珠的點間距和燈珠尺寸對顯示屏整體顯示的影響

如圖1所示：LED燈珠的點間距就是指相鄰兩個燈珠之間的距離。單基色LED顯示屏?xí)r代，LED顯示屏的點間距通常是4mm，因此單基色LED顯示屏的規(guī)格也叫P4屏；三基色顯示屏?xí)r代，LED顯示屏的點間距已經(jīng)縮小到1.5mm或1.0mm，因此三基色顯示屏的規(guī)格也叫P1.5或P1.0屏。全彩LED顯示屏的點間距已經(jīng)降低到0.8mm。與此同時，LED燈珠的尺寸也在降低：較早的單基色LED燈珠的規(guī)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(guī)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(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：0.4mm×0.4mm）規(guī)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的表面積有30mil2、25mil2和20mil2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芯片表面積達到17mil2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）芯片電很的限制

目前較小芯片電很（焊線）的直徑只能達到45μm，再細的電很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，兩很之間也需要有一定的間距。上述兩點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。

2.2LED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。

高清LED顯示屏通常也會選用食人魚類LED燈珠。全彩LED顯示屏工程驗收中并不關(guān)心LED燈珠的類型，也不關(guān)心顯示屏的視角范圍。高清LED顯示屏追求觀眾的良好視覺，對視角范圍做出了嚴格的規(guī)定，只有掌握LED燈珠的類型才能繼續(xù)后續(xù)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(xù)用圖4進行分析：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±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：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控制端與逐點校正來緩解上述問題。

2.4LED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顯示屏工程驗收指標(biāo)中應(yīng)該加入抗靜電能力（ESD）和反向漏電（IR）兩項指標(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，1m2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，1m2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1m2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。

2.5LED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：①LED燈珠亮度衰減導(dǎo)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(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、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，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(xiàn)：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顯示屏較大的短板，如果亮度衰減特性指標(biāo)還繼續(xù)沿用全彩LED顯示屏的工程驗收指標(biāo),“花屏”現(xiàn)象將非常嚴重。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、綠色亮度衰減指標(biāo)控制在5%之內(nèi)。

2.6能效指標(biāo)和測試方法

如果LED顯示屏沒有自動亮度調(diào)節(jié)功能，長時間以較高亮度運行，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：單位面積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=14.6萬元。

從上面的案例不難理解,使用各種節(jié)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(tǒng)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際能耗情況。高清LED顯示屏單位面積的燈珠數(shù)量較全彩LED顯示屏多數(shù)倍或數(shù)十倍，加上高清LED顯示屏存在“低亮低灰”的特性，繼續(xù)沿用全彩LED顯示屏的能效指標(biāo)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的測試方法和評價指標(biāo)：單位面積的年耗電量AEC（kW·h）。因為高清LED顯示屏的能效技術(shù)更接近平板數(shù)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(jié)目類型進行了統(tǒng)計，分別摘取代表性的畫面組合為全長10min的高清視頻信號。

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

3適用于高清LED顯示屏的工程驗收指標(biāo)

根據(jù)第二部分的分析，似乎高清LED顯示屏除了分辨率具有一點優(yōu)勢外，在其他方面都處于劣勢。在目前階段，這是事實，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(chǔ)上，不久的將來，高清LED顯示屏的技術(shù)指標(biāo)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(yīng)該為其保駕護航。結(jié)合多年的工程驗收和檢測分析經(jīng)驗，佳恒武漢LED顯示屏廠家提出了適用于高清LED顯示屏工程驗收的全套指標(biāo)體系，主要技術(shù)指標(biāo)見表5范例。

4總結(jié)

就如目前新能源汽車跟傳統(tǒng)汽車技術(shù)，風(fēng)電和火電技術(shù)相比，高清LED顯示屏的技術(shù)指標(biāo)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顯示屏代表著未來的顯示技術(shù)趨勢。隨著微電子技術(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(biāo)一定會全面很越全彩LED顯示屏技術(shù)。高清LED顯示屏的工程驗收指標(biāo)必須根據(jù)目前的實際技術(shù)水平，制定合理的工程驗收指標(biāo)體系。既要保護業(yè)主采購單位的利益，又要推動高清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)域展開研究、實踐和討論。