LED全彩顯示屏配光解決方案
發布時間:2009-07-17
- LED配光方法
- 投產晶片的K-factor管理
- 封裝工藝的控製
- 白平衡的調配
- LED Lens的光學設計
晶片K-factor管理
雷lei曼man光guang電dian對dui每mei一yi批pi量liang產chan產chan品pin的de晶jing片pian都dou進jin行xing了le嚴yan格ge地di控kong製zhi,我wo們men為wei每mei一yi產chan品pin都dou建jian立li了le自zi己ji的de檔dang案an,從cong這zhe份fen檔dang案an中zhong我wo們men可ke以yi清qing楚chu知zhi道dao某mou一yi生sheng產chan令ling的de投tou產chan晶jing片pian資zi料liao,而er且qie會hui把ba所suo有you的de分fen級ji數shu據ju存cun檔dang並bing用yong科ke學xue的de統tong計ji軟ruan件jian進jin行xing分fen析xi,這zhe樣yang我wo們men就jiu有you了le所suo有you產chan品pin的deK-factor明(ming)細(xi),從(cong)而(er)也(ye)從(cong)源(yuan)頭(tou)開(kai)始(shi)就(jiu)把(ba)產(chan)品(pin)列(lie)入(ru)控(kong)製(zhi),我(wo)們(men)就(jiu)能(neng)根(gen)據(ju)客(ke)戶(hu)的(de)具(ju)體(ti)需(xu)求(qiu),精(jing)確(que)地(di)計(ji)算(suan)出(chu)我(wo)們(men)所(suo)需(xu)要(yao)晶(jing)片(pian)的(de)規(gui)格(ge)。特(te)別(bie)是(shi)生(sheng)產(chan)全(quan)彩(cai)顯(xian)示(shi)屏(ping)用(yong)的(de)產(chan)品(pin),我(wo)們(men)對(dui)晶(jing)片(pian)的(de)控(kong)製(zhi)特(te)別(bie)嚴(yan)格(ge),不(bu)僅(jin)僅(jin)是(shi)達(da)到(dao)客(ke)戶(hu)的(de)亮(liang)度(du)要(yao)求(qiu)就(jiu)夠(gou)了(le),我(wo)們(men)要(yao)站(zhan)在(zai)客(ke)戶(hu)的(de)角(jiao)度(du)上(shang),實(shi)實(shi)在(zai)在(zai)地(di)為(wei)他(ta)們(men)解(jie)決(jue)白(bai)平(ping)衡(heng)調(tiao)節(jie)中(zhong)所(suo)遇(yu)到(dao)的(de)困(kun)難(nan),除(chu)了(le)要(yao)達(da)到(dao)客(ke)戶(hu)的(de)波(bo)長(chang)要(yao)求(qiu)和(he)亮(liang)度(du)要(yao)求(qiu)外(wai),以(yi)下(xia)兩(liang)點(dian)細(xi)節(jie)要(yao)特(te)別(bie)引(yin)起(qi)注(zhu)意(yi),一(yi)是(shi)成(cheng)品(pin)的(de)亮(liang)度(du)要(yao)成(cheng)正(zheng)態(tai)分(fen)布(bu),不(bu)能(neng)出(chu)現(xian)亮(liang)度(du)不(bu)連(lian)續(xu)的(de)現(xian)象(xiang),對(dui)波(bo)長(chang)的(de)要(yao)求(qiu)也(ye)一(yi)樣(yang),而(er)且(qie)要(yao)特(te)別(bie)注(zhu)意(yi)晶(jing)片(pian)投(tou)料(liao)時(shi)一(yi)定(ding)要(yao)把(ba)所(suo)投(tou)晶(jing)片(pian)的(de)波(bo)長(chang)平(ping)均(jun)值(zhi)明(ming)細(xi)以(yi)及(ji)每(mei)板(ban)晶(jing)片(pian)的(de)數(shu)量(liang)列(lie)出(chu),要(yao)在(zai)電(dian)腦(nao)上(shang)分(fen)析(xi)一(yi)下(xia),也(ye)可(ke)以(yi)作(zuo)一(yi)個(ge)直(zhi)方(fang)圖(tu),以(yi)明(ming)確(que)晶(jing)片(pian)的(de)波(bo)長(chang)分(fen)布(bu)是(shi)否(fou)成(cheng)正(zheng)態(tai)分(fen)布(bu)。如(ru)果(guo)以(yi)上(shang)細(xi)節(jie)不(bu)注(zhu)意(yi),顯(xian)示(shi)屏(ping)製(zhi)造(zao)商(shang)在(zai)調(tiao)白(bai)平(ping)衡(heng)時(shi),由(you)於(yu)LED的亮度和波長不成正態分布,調整起來就特別不容易。
封裝工藝的控製
全quan彩cai顯xian示shi屏ping的de封feng裝zhuang工gong藝yi有you自zi己ji的de特te點dian,我wo們men首shou先xian要yao做zuo的de是shi控kong製zhi原yuan物wu料liao,因yin為wei全quan彩cai屏ping的de使shi用yong環huan境jing特te別bie惡e劣lie,不bu是shi長chang期qi在zai高gao溫wen下xia工gong作zuo就jiu是shi長chang期qi在zai低di溫wen下xia工gong作zuo,而er且qie長chang期qi受shou雨yu水shui的de腐fu蝕shi,如ruLED的de信xin賴lai度du不bu是shi很hen好hao,很hen容rong易yi出chu現xian瞎xia點dian的de現xian象xiang,所suo以yi我wo們men很hen注zhu意yi對dui原yuan物wu料liao品pin質zhi的de控kong製zhi,公gong司si有you一yi整zheng套tao物wu料liao檢jian查zha的de先xian進jin設she備bei,可ke以yi幫bang助zhu我wo們men嚴yan格ge地di控kong製zhi原yuan物wu料liao。我wo們men投tou產chan全quan彩cai屏ping產chan品pin上shang,都dou是shi使shi用yong具ju有you高gao導dao熱re、導電性能的銅支架,這樣可以大大地降低LEDderezu,lingwai,womenduizhijiadeducengyezuoletebieguiding,yibaozhengwomendepinzhixuqiu,weiletigaochengpindeliangdu,womenhaiduizhijiawanbeizuoleyaguangchuli,zaihuanyangshuzhidexuanzeshang,womenzhenduixianshipingdegongzuotedian,tebiexuanyonglenenggoukangUV的高Tg膠水,在烘烤工藝上,我們使用的是緩冷緩熱的烘烤工藝,這種烘烤工藝經我們大量的實驗,可以提高膠水的Tg點,而且最為關鍵的是它可以有效地降低膠水的內應力,這就大大地提高了產品的信賴性。
白平衡設計
根(gen)據(ju)客(ke)戶(hu)的(de)需(xu)求(qiu),我(wo)們(men)總(zong)結(jie)出(chu)一(yi)套(tao)自(zi)己(ji)的(de)計(ji)算(suan)方(fang)式(shi),客(ke)戶(hu)隻(zhi)要(yao)說(shuo)明(ming)所(suo)需(xu)要(yao)的(de)亮(liang)度(du)和(he)顯(xian)示(shi)屏(ping)的(de)點(dian)間(jian)距(ju),我(wo)們(men)就(jiu)可(ke)以(yi)做(zuo)出(chu)一(yi)個(ge)完(wan)美(mei)顯(xian)示(shi)屏(ping)的(de)配(pei)光(guang)方(fang)案(an),為(wei)方(fang)便(bian)下(xia)麵(mian)的(de)介(jie)紹(shao),我(wo)先(xian)介(jie)紹(shao)幾(ji)個(ge)術(shu)語(yu)及(ji)定(ding)義(yi)給(gei)大(da)家(jia)認(ren)識(shi)。
白平衡:將三種顏色調配到一種設想的白色過程,調配可分兩個內容:顏色和亮度。
- 設定固定條件:溫度、電壓、選用電源線。
- 設定顏色目標及範圍(公差),一般是指目標顏色的X,Y值。
- 進行白色亮度調節。
yansewaiguanxiangtongdeguang,buguantamendeguangpuchengfenshifouyiyang,zaiyansehunhezhongjuyouxiangtongdexiaoguo,jiushishuo,fanshizaishijiaoshangxiangtongdeyansedoushidengxiaode,youcidinglvkedaochuyansededaitilv。
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顏色匹配方程
若以(C)代表被匹配顏色的單位,(R)(G)(B)代表產生混合色的紅、綠、蘭三原色的單位,R、G、B、C分別代表紅、綠、蘭和被匹配顏色的數量,當達到匹配時:
C(C)≡R(R)≡G(G)≡B(B)
≡表示視覺上相等,R、G、B為代表量,可以為負值。
請參看下圖:

其中B=X1+Y1+Z1 C=X2+Y2+Z2
X1、Y1、Z1;X2、Y2、Z2為蘭光和混合色C的三刺激值(在顏色匹配實驗中,與待測色達到匹配時所需要的三原色的數量,稱為三刺激值)。
重心定律就是:
CW/BW=B/C=(X1+Y1+Z1)/(X2+Y2+Z2)
也就是CW的距離與C成反比,即混合色中C所占的比重越大,CW的距離越短,這就和白燈製作時大家的經驗一樣,熒光粉的量越多,光色越偏黃(即CW越短)。
這(zhe)是(shi)需(xu)要(yao)明(ming)確(que)的(de)一(yi)點(dian)是(shi),混(hun)合(he)色(se)的(de)色(se)品(pin)座(zuo)標(biao)與(yu)已(yi)知(zhi)色(se)的(de)色(se)品(pin)座(zuo)標(biao)之(zhi)間(jian)沒(mei)有(you)線(xian)性(xing)疊(die)加(jia)的(de)關(guan)係(xi),而(er)混(hun)合(he)色(se)的(de)三(san)刺(ci)激(ji)值(zhi)與(yu)已(yi)知(zhi)色(se)之(zhi)間(jian)存(cun)在(zai)著(zhe)線(xian)性(xing)疊(die)加(jia)的(de)關(guan)係(xi)。因(yin)此(ci),在(zai)顏(yan)色(se)相(xiang)加(jia)混(hun)合(he)計(ji)算(suan)中(zhong)總(zong)是(shi)先(xian)計(ji)算(suan)三(san)刺(ci)激(ji)值(zhi),再(zai)求(qiu)色(se)品(pin)座(zuo)標(biao)。
這裏混合色W的三刺激值:
X=X1+Y1 Y=Y1+Y2 Z=Z1+Z2
此結論也可以推廣到更多種顏色相加混合,隻要求出它們的三刺激值之和,便能求得混合色的三刺激值。
當已知顏色的色品座標為x,y及亮度L時可以用下式求得此顏色的三刺激值。
X=x/y × L Y=L Z=z/y × L=(1-x-y)/y × L
下麵給大家介紹我們的計算方法:
1. 首先要將麵光源轉為點光源,得出W點的亮度值,我們知道麵光源的單位是Nit,即cd/m2,而我們LED的亮度是mcd,我們注意將單位轉mcd。用顯示屏的總亮度除以每平方米的點數即可。
2. 尋找R、G兩種顏色配色後的座標(已知R、G、B、W四點座標計算BW直線的延長線的交點可得出C點座標。
3. 根據重心定律可計算出C點的IV值(已知W點的IV值)。
4. 根據補色原理,可以得出B、G、R的IV值。
5. 根據所需的IV值計算所需用的電流值(前提是已知20mA的IV值,且近似認為IV與電流成正比)。
說明:
1. 該方法可計算R/G/B各需要的LED數。
2. 可近似的計算在使用過程中R/G/B所需要的電流值,這裏的電流隻能是近似值,有以下原因。
2.1. IV與電流不一定完全成正比關係。
2.2. 所知道的LED的IV、WD為一平均值。
故在調白平衡時,還要根據實際情況,略作調整,不能完全照此數值來進行調節。
也許你認為上述方法過於專業和繁瑣,那我們還有一種比較簡便的方法供你參考,為解說方便,我們以舉例的方式來介紹。
我們知道,混合一種白光的R/G/B大致比例為3:6:1,我們根據這個知識就很方便地計算出每種顏色LED所需的亮度值。
比如有一客戶需要一塊Pitch為16mm,亮度為5000Nit的戶外全彩屏,那麼我們應該怎樣來計算我們的LED每種顏色到底需要多高亮度。
1. 先計算每
2. 每一Pixel的亮度=5000Nit/3906 pcs/m2=1.28cd/m2
3. 如果像素組成方式為1:1:1時,則可按以下方法計算
Red=1.28 X 30% X 1000=384mcd
Green=1.28 X 60% X 1000=768mcd
Blue=1.28 X 10% X 1000=128mcd
這樣我們很快就知道了答案.但以上計算方法隻能很粗略地計算,而且有一點要特別注意,由於LED裝上屏後,要封上一層黑膠,這會降低LED的亮度,再加上各種不同的LED在老化後都有不同程度的衰減,根據我們多年的經驗,為使顯示屏達到在陽光下圖像清晰所必需的5000Nit,最好將設計值提高30%,即為6500Nit比較安全。
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Lens的光學設計
其實LED就是一個十分精密的光學係統,碗杯、晶片和Lens的(de)搭(da)配(pei)要(yao)十(shi)分(fen)得(de)當(dang)才(cai)是(shi)一(yi)個(ge)好(hao)的(de)光(guang)學(xue)設(she)計(ji),一(yi)般(ban)地(di)說(shuo),我(wo)們(men)原(yuan)來(lai)大(da)部(bu)份(fen)封(feng)裝(zhuang)廠(chang)都(dou)沒(mei)有(you)很(hen)重(zhong)視(shi)這(zhe)一(yi)點(dian),這(zhe)也(ye)是(shi)我(wo)們(men)的(de)顯(xian)示(shi)屏(ping)技(ji)術(shu)落(luo)後(hou)的(de)一(yi)個(ge)很(hen)重(zhong)要(yao)的(de)原(yuan)因(yin),我(wo)們(men)經(jing)過(guo)大(da)量(liang)的(de)分(fen)析(xi),發(fa)現(xian)紅(hong)色(se)晶(jing)片(pian)和(he)雙(shuang)墊(dian)極(ji)的(de)綠(lv)、蘭色晶片,在晶片的材質、各結構層的厚薄、折射率以及它們裸晶光斑都有很大的差異,且它們的物理尺寸也相差太大,要想使R/G/B三種顏色的LED在左右各90度的範圍內保持高度一致,須使用不同的光學Lens,由此公司投入力量研製出了兩幅光學Lens(模條),一幅為RED晶片專用,另一幅為綠、蘭色專用,這樣我們就成功地解決了這個多年的難題,下麵我們將這兩種方法的R/G/B三色配光圖作一比較,以便大家更明確。

前兩幅圖是雷曼光電自行研製產品的配光效果,後兩幅是以前用公模的產品的配光效果,從圖中可以看出,原來公模的產品在50度角度左右可能會偏紅,要調整到比較理想的效果比較困難。雷曼光電自行研製的產品考慮到了客戶的這種需求,在左右90度的三種顏色的配光都較為理想,這就為顯示屏的白平衡調節提供了強有力的支持。
在(zai)全(quan)彩(cai)顯(xian)示(shi)屏(ping)用(yong)橢(tuo)圓(yuan)燈(deng)的(de)產(chan)品(pin)開(kai)發(fa)設(she)計(ji)中(zhong),我(wo)們(men)還(hai)必(bi)須(xu)考(kao)慮(lv)到(dao)一(yi)個(ge)實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)的(de)的(de)問(wen)題(ti),即(ji)做(zuo)成(cheng)模(mo)塊(kuai)之(zhi)後(hou)的(de)整(zheng)體(ti)配(pei)光(guang)效(xiao)果(guo),除(chu)了(le)做(zuo)成(cheng)模(mo)塊(kuai)實(shi)際(ji)觀(guan)察(cha)之(zhi)外(wai),我(wo)們(men)還(hai)可(ke)以(yi)借(jie)助(zhu)理(li)論(lun)分(fen)析(xi)的(de)方(fang)法(fa)來(lai)找(zhao)出(chu)設(she)計(ji)中(zhong)的(de)不(bu)足(zu),現(xian)將(jiang)我(wo)司(si)的(de)經(jing)驗(yan)提(ti)出(chu)與(yu)大(da)家(jia)共(gong)享(xiang)。同(tong)樣(yang),下(xia)圖(tu)中(zhong)的(de)X軸為LED的發光角度,Y軸為LED的相對發光強度,對一個理想的配光方案來說,我們希望它的光強分布在(COSX+COS2X)/2上,考慮到實際上LED生產過程中的種種變異因素,它可以有一定的偏差,我們假定這個偏差是5度,那麼我們所設計產品的光強分布須壓在(COS(X+5)+COX2(X+5))/2與(COS(X-5)+COX2(X-5))/2之間,這樣可以保證模塊在整個觀察角度都能保持高度的一致。

上圖中的標準線1,標準線2,標準線3的含義如下:
標準線1:(COSX+COS2X)/2
標準線2:(COS(X+5)+COX2(X+5))/2
標準線3:(COS(X-5)+COX2(X-5))/2
壓在三條標準線之間的是我們雷曼R/G/B的光強分布曲線,從圖中可以看出,我們的產品設計是能夠滿足高品質顯示屏需求的。
對於屏體來說,屏體的光強分布是用某一角度(X)的相對發光強度L比上此角度(X)的餘弦值,即L/COSX,這樣,我們可以得到理論上屏體的光強分布,雷曼R/G/B屏體理論配光曲線如下左圖所示:
從上麵兩幅分析圖我們可以清楚看到這兩種不同設計的區別,經過精心設計的配光方案在實際應用中的優勢就充分體現出來了。
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