表貼和直插LED戶外全彩顯示屏性能分析

摘要：近兩年來(lái)全彩表貼（SMD）戶外LED顯示屏得到了較為廣泛的應(yīng)用，市場(chǎng)規(guī)�？焖僭龃�，但是根據(jù)筆者對(duì)于SMD戶外顯示屏產(chǎn)品的了解，此類產(chǎn) 品在實(shí)際應(yīng)用中還存在不少問(wèn)題。下面我們從四個(gè)方面就SMD戶外顯示屏和直插式戶外顯示屏的性能優(yōu)劣做一些討論，以期對(duì)設(shè)計(jì)制作者和使用者有點(diǎn)參考作用。

    近兩年來(lái)全彩表貼（SMD）戶外LED顯示屏得到了較為廣泛的應(yīng)用，市場(chǎng)規(guī)�？焖僭龃�，但是根據(jù)筆者對(duì)于SMD戶外顯示屏產(chǎn)品的了解，此類產(chǎn) 品在實(shí)際應(yīng)用中還存在不少問(wèn)題。下面我們從四個(gè)方面就SMD戶外顯示屏和直插式戶外顯示屏的性能優(yōu)劣做一些討論，以期對(duì)設(shè)計(jì)制作者和使用者有點(diǎn)參考作用。

    1 單元模組內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)分析

    我們從四個(gè)方面對(duì)常見(jiàn)的戶外LED顯示屏單元模組內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

    1.1 單燈

    圖1給出了兩款典型的全彩SMD LED燈和直插LED燈的外形圖。

    圖1（a）為SMD LED燈，外形尺寸為5.0mm×5.0mm×2.5mm，其內(nèi)置紅、綠、藍(lán)三個(gè)芯片，即三合一，可作為顯示屏的一個(gè)像素使用；圖1（b）為直插LED 燈，外形尺寸為3.0mm×4.1mm×6.3mm ，其內(nèi)置單一顏色的芯片，至少需要紅、綠、藍(lán)三個(gè)不同顏色的燈各一只拼裝在一起，才能構(gòu)成全彩顯示屏的一個(gè)像素。所以從像素來(lái)看，SMD燈的體積遠(yuǎn)小于直 插燈。但由于直插燈是單燈封裝，體積大，正向高度高，燈腿長(zhǎng)，所以其密封性和結(jié)實(shí)程度及散熱程度要高于SMD燈。

    1.2 焊接方式

    圖2給出了兩種燈的焊接方式。

    由圖可見(jiàn)，兩種燈的焊接方式不同。SMD燈的焊盤和PCB板焊盤是表面接觸而焊接的，而直插燈的管腳是穿過(guò)PCB板上的焊盤過(guò)孔后再焊接的， 可見(jiàn)后者的焊接牢固程度應(yīng)好于前者。實(shí)際上SMD燈比較容易出現(xiàn)虛焊現(xiàn)象，或者在運(yùn)輸和使用過(guò)程中發(fā)生接觸不良現(xiàn)象，這給使用和維修帶來(lái)較多麻煩。尤其是在使用環(huán)境較為惡劣的戶外時(shí)，這點(diǎn)更為重要。因此確保焊接質(zhì)量是保證SMD戶外顯示屏質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。

    1.3 密封方式
    圖3給出了兩種燈板單元模組內(nèi)的密封方式。
    由圖可見(jiàn)，兩種燈板的密封方式是相同的，密封的材料目前大都采用硅膠。但是從圖中我們可以看出，兩種燈板的硅膠厚度差異較大，圖3（a）的厚 度大約為1～1.5mm，圖3（b）的厚度大約為3.5～4.5mm，所以，后者對(duì)燈和PCB板的密封保護(hù)更好。當(dāng)然，具體優(yōu)劣還與灌膠的工藝有關(guān)。
    可見(jiàn)，對(duì)于密度要求高，使用環(huán)境較好的顯示屏，可選擇SMD LED顯示屏。對(duì)于密度要求低，使用環(huán)境惡劣的顯示屏，筆者以為，選擇直插LED顯示屏更好些。

    2 單元模組生產(chǎn)工藝分析

　從生產(chǎn)工藝角度看，SMD顯示屏單元模組和直插顯示屏單元模組主要在焊接和灌膠這兩點(diǎn)上有區(qū)別，其余無(wú)大的差別。

　2.1 焊接
　SMD顯示屏單元模組的焊接過(guò)程主要有涂膠（導(dǎo)電膠）、貼片、焊接，這些過(guò)程均適合于大規(guī)模機(jī)械化生產(chǎn)，焊接后燈的位置很規(guī)整。
　直插單元模組的焊接過(guò)程主要有插燈、焊接、砍腿。雖然有專用的自動(dòng)化機(jī)械，但是其生產(chǎn)效率較低。另外，由于燈腿較高，所以生產(chǎn)過(guò)程中易于彎曲，從而改變光線的方向，影響后面的工序和顯示屏的質(zhì)量。

　2.2 灌膠
　SMD顯示屏單元模組的灌膠過(guò)程要求應(yīng)更嚴(yán)格些，因?yàn)槠淠z層較薄，所以操作時(shí)模組放置的水平度和膠量的多少應(yīng)嚴(yán)格控制，每個(gè)模組應(yīng)嚴(yán)格一致。
　直插顯示屏單元模組的灌膠過(guò)程要求稍低些，因?yàn)槠淠z層較厚，所以操作時(shí)模組放置的水平度和膠量多少的要求相對(duì)寬松。但是在灌膠前應(yīng)對(duì)燈進(jìn)行整理，保證燈的軸線方向和PCB板的法線方向一致。
　無(wú)論何種方式，膠面的平整度和一致性都應(yīng)保持高水平，否則，會(huì)影響顯示屏質(zhì)量。

    3 可靠性分析

　對(duì)于可靠性，兩者之間的主要區(qū)別有三個(gè)方面。

　3.1 密封問(wèn)題
　如前所述，SMD燈和模組的密封性相對(duì)于直插燈和模組要稍差些，所以在防水、防潮、防紫外線和其它惡劣環(huán)境因素方面的可靠性稍差些。

　3.2 散熱問(wèn)題
　全彩SMD燈為紅、綠、藍(lán)三合一封裝，即三個(gè)燈芯封裝在一個(gè)狹小空間，由此產(chǎn)生了散熱問(wèn)題。對(duì)直插LED燈而言，每支燈內(nèi)只封裝一個(gè)燈芯，且燈腿長(zhǎng)，因此散熱不成問(wèn)題。
　另外，由于SMD燈的亮度較低，要達(dá)到戶外超高亮度的要求的話，驅(qū)動(dòng)電流一般較直插燈要大，這進(jìn)一步加劇了散熱問(wèn)題。

　3.3 失效問(wèn)題
　由于封裝、散熱和環(huán)境問(wèn)題，所以SMD燈的失效率要高于直插燈。目前，全彩戶外顯示屏用的SMD燈在3，000小時(shí)內(nèi)的失效率應(yīng)低于十萬(wàn)分之五。

    4 光學(xué)性能分析

　光學(xué)性能方面，我們主要討論亮度、視角、一致性三個(gè)方面。

　4.1 亮度
　目前普遍性來(lái)看，同等規(guī)格的SMD戶外顯示屏的亮度要比直插燈顯示屏的亮度低一些。換言之，要達(dá)到直插燈顯示屏的亮度，SMD燈的品質(zhì)應(yīng)更好 些，驅(qū)動(dòng)電流或許要更大些。以點(diǎn)間距為16mm（P16）的顯示屏為例，目前，SMD顯示屏整屏亮度可達(dá)5，000cd/m2以上，而直插燈顯示屏，整屏 亮度可達(dá)到7，000cd/m2以上并不難。

　4.2 視角
　圖4和圖5 分別是兩款典型的SMD燈和直插燈的水平方向相對(duì)光強(qiáng)和視角關(guān)系圖，也就是光能量按角度的分布圖。
　比較圖4和圖5可以看出，SMD燈的水平視角明顯優(yōu)于直插燈的視角（垂直視角與之類似），當(dāng)然不同型號(hào)的燈該圖是有差異的，但SMD燈的視角優(yōu)于直插燈則是不爭(zhēng)的事實(shí)。一般來(lái)說(shuō)，SMD顯示屏的視角可達(dá)110度左右，而直插燈顯示屏視角可達(dá)90度左右。

　4.3 配光和混色問(wèn)題
　全彩SMD燈是紅、綠、藍(lán)三合一結(jié)構(gòu)，這三個(gè)芯片共同置于同一個(gè)碗杯之中，芯片間距很小且均勻規(guī)整，因此配光和混色效果很好。
    直插紅、綠、藍(lán)三顆橢圓形燈合成一個(gè)像素，要從不同方向把它們的合成光配成一致是很難實(shí)現(xiàn)的，而且由于燈芯之間的間距較大，所以混色也同樣存在問(wèn)題，尤其是近距離觀看時(shí)，混色不好問(wèn)題更突出。
    另外，SMD燈在顯示屏上發(fā)出的光的方向能保持很好的一致性。直插燈由于在生產(chǎn)過(guò)程中燈的方向很難保持一致，所以所發(fā)出的光的方向性很難保持一致。故SMD顯示屏圖像比直插燈的更細(xì)膩。

　4.4 衰減問(wèn)題

　由于驅(qū)動(dòng)電流大、芯片間距小、散熱難，SMD燈的亮度衰減速度要比直插燈快，色彩的一致性更易于變差。

    直插燈每個(gè)芯片單獨(dú)封裝，且亮度高、驅(qū)動(dòng)電流小、散熱好，衰減相對(duì)小一些。

    所以，SMD燈的衰減特性比直插燈要差些，要克服這些缺點(diǎn)，則需要更好的芯片和封裝材料。

    5 結(jié)論

    通過(guò)上述分析比較，我們認(rèn)為用SMD燈制作的全彩顯示屏，視角大、配光和混色效果好、圖像細(xì)膩、亮度屬于中等水平，適于大規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn)。但是失效率和衰減速度較高，對(duì)惡劣環(huán)境的適應(yīng)能力差些，適用于環(huán)境較好、密度大、亮度要求不高的顯示屏。

    用直插燈制作的全彩顯示屏，密封性好、亮度高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，適于遠(yuǎn)距離觀看。但視角稍小、顏色的均勻性稍差、生產(chǎn)程序稍復(fù)雜。目前直插燈制作的全彩顯示屏各方面的性能對(duì)于一般需要不成問(wèn)題。

    小編有話說(shuō)：戶外表貼LED顯示屏是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)

    由于表貼LED的顯示屏亮度偏低，且防水、防潮、防紫外線功能指標(biāo)達(dá)不到抗擊戶外惡劣環(huán)境的要求，一直以來(lái)，戶外全彩顯示屏是直插式LED器件的天下。而全彩表貼LED顯示屏則只能大量應(yīng)用在戶內(nèi)。 但不可否認(rèn)的是，該品種在色彩還原、顏色一致性、勻度、視角、畫面整體效果等諸多方面都有傳統(tǒng)LED屏直插燈無(wú)法超越的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。

    隨著上游LED芯片技術(shù)和LED封裝技術(shù)不斷的提升與發(fā)展，SMD的亮度和防護(hù)等級(jí)已經(jīng)能夠滿足戶外應(yīng)用的需求，全彩表貼LED顯示屏將會(huì)獲得較快速的應(yīng)用。而未來(lái)戶外表貼產(chǎn)品的應(yīng)用市場(chǎng)的發(fā)展前景，我認(rèn)為，隨著人們對(duì)視覺(jué)需求的日益提高，戶外表貼LED顯示屏將逐漸成為熱門。