從2011年開始，“高清”、“超高清”、“高密度”、“小間距”等詞語頻繁出現(xiàn)在各類招投標(biāo)文件、宣傳冊上。短短幾年的時(shí)間，點(diǎn)間距從4mm到3mm、2.5mm、1.9mm、1.6mm、1.2mm，再到目前的1.0mm，高密度LED顯示產(chǎn)品已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)了系列化、產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化。高密度產(chǎn)品像是企業(yè)管理與設(shè)計(jì)水平的放大鏡，它將原本存在但不突兀的問題放大，例如，稍有一點(diǎn)精度控制不佳，就可能導(dǎo)致整屏效果差的局面。本文將客觀的從原材料、設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)工藝、生產(chǎn)等方面歸納高密度LED顯示產(chǎn)品存在的幾大特有的技術(shù)問題，提出改進(jìn)方法與構(gòu)想。
1.PCB表面處理問題
盡管LED顯示屏在工作狀態(tài)下才可以實(shí)現(xiàn)其價(jià)值，但是從專業(yè)角度，我們依然關(guān)注黑屏的效果。本文中黑屏指的是LED顯示屏在不工作的狀態(tài)下的視覺效果。
在高密度產(chǎn)品的面陣驅(qū)動板設(shè)計(jì)時(shí)，我們遇到兩個問題影響黑屏效果。一是PCB表面的色差，行業(yè)內(nèi)，批量生產(chǎn)的PCB的色差暫時(shí)還沒有數(shù)據(jù)能夠反映，大多數(shù)靠人眼去觀察，但PCB表面的一致性做的再好，也很難同面罩的一致性媲美。如果不加面罩，則需在PCB上進(jìn)行二次加工。但這種二次加工精度控制要求很高，需要專門的工藝設(shè)計(jì)。二是掃描線分割問題。分割線指的是在設(shè)計(jì)掃描電路中，分別共用驅(qū)動芯片某一I/O口的兩組發(fā)光二極管連接線之間的空隙，這個間隙就像是將印制板分割成為兩部分，故稱分割線（如圖1）。
分割線的產(chǎn)生是掃描電路設(shè)計(jì)的必然結(jié)果，一直存在，僅因高密度而凸顯。對于這種問題，有三種方法去除，一是加裝面罩，二是使用高度更高的發(fā)光管起到遮擋作用，三是添加假線設(shè)計(jì)，假線是指在PCB layout時(shí)，設(shè)計(jì)的沒有任何信號定義的線。
在分割線區(qū)域，繪制沒有信號的數(shù)據(jù)線，以避免出現(xiàn)斷層。圖1左圖是未加假線的設(shè)計(jì)，圖中有明顯分割線，圖1右圖是增加假線的設(shè)計(jì)，已無分割線。
面對上述兩大問題，目前最好的解決方法依然是加裝面罩。只是面罩的強(qiáng)度以及加工難易將會是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。
2.PCB尺寸精度問題
大多數(shù)高密度顯示屏，點(diǎn)亮?xí)r存在亮線和暗線的問題。亮線和暗線的出現(xiàn)是整行或整列像素點(diǎn)間隔不均造成的，一個重要的原因是PCB尺寸不精確造成的拼裝瑕疵。根據(jù)我司的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)模塊邊緣像素點(diǎn)之間的間距誤差超過像素間距的10%，亮線和暗線的問題就會出現(xiàn)。市場上高精度的PCB裁板機(jī)精度是±0.1mm，激光切割機(jī)的精度≤±0.01mm。從數(shù)據(jù)上來看，使用高精度PCB裁板機(jī)不會導(dǎo)致亮線與暗線的出現(xiàn)，但事實(shí)并非如此。我們用高精度裁板機(jī)裁開的PCB邊緣與用激光切割機(jī)切割的PCB邊緣放大數(shù)倍進(jìn)行比較�？梢园l(fā)現(xiàn)高精度PCB裁板機(jī)的確可以做到±0.1mm的精度，但是其裁邊不光滑，易造成毛刺，而激光切割不僅可以保證切割精度，還能保證PCB邊緣較為平整。因此，為了避免PCB邊緣尺寸不準(zhǔn)造成的拼裝問題，高密度PCB切割應(yīng)該使用激光切割技術(shù)。
3.貼裝問題
高密度LED顯示屏的貼裝是難點(diǎn)之一。焊盤的設(shè)計(jì)、網(wǎng)板的設(shè)計(jì)、貼裝的過程都是控制要點(diǎn)。
1010SMD發(fā)光管的焊盤尺寸只有0.3mm，若按照常規(guī)的在網(wǎng)板厚度不變的情況下，以小于焊盤的尺寸開孔，那么，當(dāng)錫膏本身流動性差時(shí)，容易阻塞網(wǎng)板孔，影響生產(chǎn)效率，如果錫膏未落在焊盤上，該焊點(diǎn)會造成焊接不良。目前，采用的方法是降低網(wǎng)板的厚度，增加網(wǎng)板開孔的尺寸。
圖2中， h表示網(wǎng)板厚度，a表示網(wǎng)板開孔尺寸，在保證錫膏總量不變的情況下，a2＞a1，h1＞h2，則右圖中錫膏與焊盤的接觸面大，由于錫膏與焊盤的附著力與接觸面大小成正比，因此，采用右圖方式開網(wǎng)板孔有利于錫膏附著在焊盤上，避免了網(wǎng)板孔阻塞的情況。但是，要注意的是，網(wǎng)板開孔不能大于焊盤尺寸，否則錫膏在融化過程中散開，過回流后，多余的錫爬上發(fā)光管引腳，造成顯示屏引腳閃閃發(fā)光，黑屏效果欠佳。
以往貼裝SMD發(fā)光二極管時(shí)，肉眼較難看出偏移，除非使用面罩作為基準(zhǔn)，偏移較明顯的發(fā)光管才會現(xiàn)出原形。即使發(fā)光管有偏移，并不會影響焊接可靠性。而高密度則不同，發(fā)光管偏移不僅僅影響觀看效果，嚴(yán)重的會導(dǎo)致虛焊，稍有外力，發(fā)光管就會發(fā)生脫落。因此，必須在貼片前設(shè)置發(fā)光管中心與焊盤中心對準(zhǔn)，同時(shí)注意回流焊爐內(nèi)風(fēng)速的控制。
調(diào)試一塊高密度模塊時(shí)，若出現(xiàn)盲點(diǎn)，首先要做的是在放大鏡下觀察，因?yàn)槊c(diǎn)未必都是LED壞點(diǎn)或虛焊，有時(shí)是發(fā)光管翻轉(zhuǎn)造成的，這種概率并不高。通過研究分析，其主要原因如下：
1)貼片機(jī)吸嘴吸取發(fā)光管時(shí)，控制精度不佳或是吸嘴與PCB不垂直。另外，發(fā)光管進(jìn)料時(shí)在傳送帶上有抖動，發(fā)光管在載帶中，有的偏左，有的偏右，吸嘴未必都能夠吸在發(fā)光管的中心位置。
2)拋料補(bǔ)焊的過程中，人為的碰觸導(dǎo)致發(fā)光管偏移或翻轉(zhuǎn)。
因此，在高密度產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，我們特別強(qiáng)調(diào)人的影響。同時(shí)，在回流焊前加自動光學(xué)檢查（AOI）可以避免類似問題的出現(xiàn)。
4.畫面畫質(zhì)問題
近兩年，高密度LED顯示屏成為了DLP、PDP、LCD等顯示產(chǎn)品的主要競爭對手，其最大的優(yōu)勢在于無縫、高亮、高刷新、色彩豐富。但是這里需要強(qiáng)調(diào)的是LED顯示屏的高亮優(yōu)勢僅僅是在環(huán)境亮度比較高的情況下，才可以顯現(xiàn)。而DLP、PDP、LCD等顯示產(chǎn)品主要的應(yīng)用場合均為室內(nèi)環(huán)境，環(huán)境照度大多不會超過300lx，為此，我們通過實(shí)驗(yàn)與主觀評價(jià)，得出了環(huán)境照度與顯示屏亮度之間的關(guān)系（見表1），我們認(rèn)為在環(huán)境照度小于300lx時(shí)，高密度LED顯示屏的亮度僅需要120-600nit即可滿足要求。但是，部分客戶不接受低亮度，這與早期的顯示屏宣傳有關(guān)，因此，我們需要積極的引導(dǎo)客戶，同時(shí)，注意高亮和低亮下開關(guān)電源的配置，使用亮度自適應(yīng)功能。
目前，行業(yè)內(nèi)，解決高密度顯示屏低亮度高灰階高刷新率的驅(qū)動芯片已經(jīng)較為成熟，典型的有聚積的MBI515*和日月成的SUM203*等。作為LED顯示屏應(yīng)用廠家，在高密度產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方面，我們關(guān)注以下參數(shù)：
1)最小輸出電流
目前，行業(yè)內(nèi)恒流驅(qū)動芯片的最小輸出電流低至0.5mA，可滿足高密度LED顯示屏的低亮度需求，但是小電流下的穩(wěn)定可靠是我們關(guān)注的重點(diǎn)。
2)電流輸出精度
電流輸出精度較大程度的影響到LED顯示屏的均勻性，驅(qū)動芯片的電流輸出精度主要分為兩種，一種是同一芯片的各通道間電流誤差，一種是芯片與芯片之間的電流誤差。通道與通道之間的電流誤差造成的顏色不均，肉眼觀察不明顯，片間電流誤差在±3%-±6%，芯片與芯片之間的誤差可以明顯顯示出色塊，這是現(xiàn)階段我們關(guān)注的重點(diǎn)。
3)數(shù)據(jù)移位時(shí)鐘
該數(shù)據(jù)決定了顯示數(shù)據(jù)的傳輸速率，它是影響顯示屏刷新率的關(guān)鍵指標(biāo)。目前，一部分廠家的時(shí)鐘頻率已做到30MHz，顯示屏刷新率可達(dá)到4000-16000Hz。
4)灰階
灰階值越大，畫面的層次就越多，畫質(zhì)就越細(xì)膩。在高密度LED顯示屏設(shè)計(jì)中，我們更關(guān)注100級以下的畫面層次效果，當(dāng)然，這是驅(qū)動芯片與控制系統(tǒng)聯(lián)調(diào)的結(jié)果。
5.消隱問題
高密度顯示屏的掃描數(shù)越來越高，鬼影的問題也就變得越來越嚴(yán)重。系統(tǒng)在驅(qū)動下一行時(shí)，上一行出現(xiàn)暗亮的現(xiàn)象我們稱之為“上帶亮”。原因在于：上一行線關(guān)斷的時(shí)候，電路中殘留的電量無處釋放，只通過LED發(fā)光的形式釋放�，F(xiàn)階段上帶亮主要通過增加消隱電路解決（例如使用CD4051、595芯片），通過錯行或串行放電，將行上的寄生電荷泄放掉，但要同時(shí)避免擊穿/短路/斷路三個問題都出現(xiàn)，這就會有較大難度。尤其是反向電壓會造成發(fā)光二極管的反向擊穿，在電路設(shè)計(jì)方面，要降低可能的反向電壓。
系統(tǒng)在驅(qū)動上一行時(shí)，下一行出現(xiàn)暗亮的現(xiàn)象我們稱之為“下帶亮”，LED顯示屏的面板存在LED燈珠及電路板寄生電容，而形成下行鬼影。下帶亮主要通過帶消隱功能的驅(qū)動芯片解決。
高密度LED顯示產(chǎn)品正處于快速成熟期，價(jià)格高利潤大，需求猛增。它是現(xiàn)階段LED顯示市場里的一片藍(lán)海。但是要做好并不容易，設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過程中稍有不慎都會影響全局。因此，廠家都應(yīng)在早期發(fā)展各自優(yōu)勢，并適當(dāng)運(yùn)用專利保護(hù)手段，以免在不久的將來，高密度產(chǎn)品也會同其他LED顯示常規(guī)產(chǎn)品一樣成為價(jià)格戰(zhàn)的又一個犧牲品。
以上僅是本人對高密度LED顯示屏在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)等環(huán)節(jié)中遇到特有問題的歸納，并不包含所有問題，如有不足之處，望指正。
