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表贴和直插LED户外全彩显示屏性能分析

时间:2016-02-24 浏览:

近两年来全彩表贴(SMD)户外LED显示屏得到了较为广泛的应用,市场规模快速增大,但是根据笔者对于SMD户外显示屏产品的了解,此类产 品在实际应用中还存在不少问题。下面我们从四个方面就SMD户外显示屏和直插式户外显示屏的性能优劣做一些讨论,以期对设计制作者和使用者有点参考作用。

1 单元模组内部基本结构分析

我们从四个方面对常见的户外LED显示屏单元模组内部结构进行分析。

1.1 单灯
  图1给出了两款典型的全彩SMD LED灯和直插LED灯的外形图。
  图1(a)为SMD LED灯,外形尺寸为5.0mm×5.0mm×2.5mm,其内置红、绿、蓝三个芯片,即三合一,可作为显示屏的一个像素使用;图1(b)为直插LED 灯,外形尺寸为3.0mm×4.1mm×6.3mm ,其内置单一颜色的芯片,至少需要红、绿、蓝三个不同颜色的灯各一只拼装在一起,才能构成全彩显示屏的一个像素。所以从像素来看,SMD灯的体积远小于直 插灯。但由于直插灯是单灯封装,体积大,正向高度高,灯腿长,所以其密封性和结实程度及散热程度要高于SMD灯。
  1.2 焊接方式
  图2给出了两种灯的焊接方式。
  由图可见,两种灯的焊接方式不同。SMD灯的焊盘和PCB板焊盘是表面接触而焊接的,而直插灯的管脚是穿过PCB板上的焊盘过孔后再焊接的, 可见后者的焊接牢固程度应好于前者。实际上SMD灯比较容易出现虚焊现象,或者在运输和使用过程中发生接触不良现象,这给使用和维修带来较多麻烦。尤其是 在使用环境较为恶劣的户外时,这点更为重要。因此确保焊接质量是保证SMD户外显示屏质量的关键因素之一。

1.3 密封方式
  图3给出了两种灯板单元模组内的密封方式。
  由图可见,两种灯板的密封方式是相同的,密封的材料目前大都采用硅胶。但是从图中我们可以看出,两种灯板的硅胶厚度差异较大,图3(a)的厚 度大约为1~1.5mm,图3(b)的厚度大约为3.5~4.5mm,所以,后者对灯和PCB板的密封保护更好。当然,具体优劣还与灌胶的工艺有关。
  可见,对于密度要求高,使用环境较好的显示屏,可选择SMD LED显示屏。对于密度要求低,使用环境恶劣的显示屏,笔者以为,选择直插LED显示屏更好些。

2 单元模组生产工艺分析
 从生产工艺角度看,SMD显示屏单元模组和直插显示屏单元模组主要在焊接和灌胶这两点上有区别,其余无大的差别。
 2.1 焊接
 SMD显示屏单元模组的焊接过程主要有涂胶(导电胶)、贴片、焊接,这些过程均适合于大规模机械化生产,焊接后灯的位置很规整。
 直插单元模组的焊接过程主要有插灯、焊接、砍腿。虽然有专用的自动化机械,但是其生产效率较低。另外,由于灯腿较高,所以生产过程中易于弯曲,从而改变光线的方向,影响后面的工序和显示屏的质量。
 2.2 灌胶
 SMD显示屏单元模组的灌胶过程要求应更严格些,因为其胶层较薄,所以操作时模组放置的水平度和胶量的多少应严格控制,每个模组应严格一致。
 直插显示屏单元模组的灌胶过程要求稍低些,因为其胶层较厚,所以操作时模组放置的水平度和胶量多少的要求相对宽松。但是在灌胶前应对灯进行整理,保证灯的轴线方向和PCB板的法线方向一致。
 无论何种方式,胶面的平整度和一致性都应保持高水平,否则,会影响显示屏质量。

3 可靠性分析
 对于可靠性,两者之间的主要区别有三个方面。
 3.1 密封问题
 如前所述,SMD灯和模组的密封性相对于直插灯和模组要稍差些,所以在防水、防潮、防紫外线和其它恶劣环境因素方面的可靠性稍差些。
 3.2 散热问题
 全彩SMD灯为红、绿、蓝三合一封装,即三个灯芯封装在一个狭小空间,由此产生了散热问题。对直插LED灯而言,每支灯内只封装一个灯芯,且灯腿长,因此散热不成问题。
 另外,由于SMD灯的亮度较低,要达到户外超高亮度的要求的话,驱动电流一般较直插灯要大,这进一步加剧了散热问题。
 3.3 失效问题
 由于封装、散热和环境问题,所以SMD灯的失效率要高于直插灯。目前,全彩户外显示屏用的SMD灯在3,000小时内的失效率应低于十万分之五。

4 光学性能分析
 光学性能方面,我们主要讨论亮度、视角、一致性三个方面。
 4.1 亮度
 目前普遍性来看,同等规格的SMD户外显示屏的亮度要比直插灯显示屏的亮度低一些。换言之,要达到直插灯显示屏的亮度,SMD灯的品质应更好 些,驱动电流或许要更大些。以点间距为16mm(P16)的显示屏为例,目前,SMD显示屏整屏亮度可达5,000cd/m2以上,而直插灯显示屏,整屏 亮度可达到7,000cd/m2以上并不难。
 4.2 视角
 图4和图5 分别是两款典型的SMD灯和直插灯的水平方向相对光强和视角关系图,也就是光能量按角度的分布图。
 比较图4和图5可以看出,SMD灯的水平视角明显优于直插灯的视角(垂直视角与之类似),当然不同型号的灯该图是有差异的,但SMD灯的视角优于直插灯则是不争的事实。一般来说,SMD显示屏的视角可达110度左右,而直插灯显示屏视角可达90度左右。
 4.3 配光和混色问题
 全彩SMD灯是红、绿、蓝三合一结构,这三个芯片共同置于同一个碗杯之中,芯片间距很小且均匀规整,因此配光和混色效果很好。
 直插红、绿、蓝三颗椭圆形灯合成一个像素,要从不同方向把它们的合成光配成一致是很难实现的,而且由于灯芯之间的间距较大,所以混色也同样存在问题,尤其是近距离观看时,混色不好问题更突出。
 另外,SMD灯在显示屏上发出的光的方向能保持很好的一致性。直插灯由于在生产过程中灯的方向很难保持一致,所以所发出的光的方向性很难保持一致。故SMD显示屏图像比直插灯的更细腻。
 4.4 衰减问题
 由于驱动电流大、芯片间距小、散热难,SMD灯的亮度衰减速度要比直插灯快,色彩的一致性更易于变差。

 

直插灯每个芯片单独封装,且亮度高、驱动电流小、散热好,衰减相对小一些。

所以,SMD灯的衰减特性比直插灯要差些,要克服这些缺点,则需要更好的芯片和封装材料。

5 结论

通过上述分析比较,我们认为用SMD灯制作的全彩显示屏,视角大、配光和混色效果好、图像细腻、亮度属于中等水平,适于大规模自动化生产。但是失效率和衰减速度较高,对恶劣环境的适应能力差些,适用于环境较好、密度大、亮度要求不高的显示屏。
用直插灯制作的全彩显示屏,密封性好、亮度高、环境适应性强,适于远距离观看。但视角稍小、颜色的均匀性稍差、生产程序稍复杂。目前直插灯制作的全彩显示屏各方面的性能对于一般需要不成问题。

小编有话说:户外表贴LED显示屏是未来的发展趋势

由于表贴LED的显示屏亮度偏低,且防水、防潮、防紫外线功能指标达不到抗击户外恶劣环境的要求,一直以来,户外全彩显示屏是直插式LED器件的天下。而全彩表贴LED显示屏则只能大量应用在户内。 但不可否认的是,该品种在色彩还原、颜色一致性、匀度、视角、画面整体效果等诸多方面都有传统LED屏直插灯无法超越的特点和优势。

随着上游LED芯片技术和LED封装技术不断的提升与发展,SMD的亮度和防护等级已经能够满足户外应用的需求,全彩表贴LED显示屏将会获得较快速的应用。而未来户外表贴产品的应用市场的发展前景,我认为,随着人们对视觉需求的日益提高,户外表贴LED显示屏将逐渐成为热门。