LED顯示屏可靠性分析存在的問題

阮育嬌 康品春 鄧水發(fā) 李鷺虹 周萍 崔潼 黃藝濱

廈門市計量檢定測試院

一、引言

LED顯示屏經(jīng)過多年的高速發(fā)展，無論在顯示性能還是應用范圍上都取得了很大進展。由于LED顯示屏具有高亮度、低能耗等優(yōu)點，而且近年來隨著LED器件材料性能的不斷提高和控制電路技術(shù)的不斷提升，LED顯示屏的應用范圍不斷擴大，市場空間不斷拓展，已廣泛應用于生產(chǎn)生活的各個領(lǐng)域。如以LED顯示為主的景觀亮化、廣告宣傳、裝飾工程、智能交通系統(tǒng)等市場迅速崛起，已形成一定規(guī)模的市場需求。人們享受它所帶來的視覺震撼，同時也對其質(zhì)量和可靠性提出了更高的要求。LED顯示屏作為多媒體設(shè)施的顯示終端，被普遍用于高質(zhì)量的大屏幕圖像顯示。其中可靠性是顯示屏最重要的性能和指標之一，各廠商都非常重視產(chǎn)品的可靠性。然而由于LED顯示屏是個集成的龐大系統(tǒng)，LED和其它元器件數(shù)量眾多，受自身和使用環(huán)境的影響，目前可靠性水平仍偏低[1]。LED顯示屏可靠性主要可從以下方面來描述[2]，一是初始性能參數(shù)隨時間、環(huán)境的變化，二是壽命，即以規(guī)定的失效判據(jù)對產(chǎn)品耐久性的描述。要提高LED顯示屏可靠性，就需要能夠?qū)Ξa(chǎn)品可靠性進行正確的評估，以得到影響產(chǎn)品可靠性的主要因素，從而進行改善。本文主要論述LED可靠性分析過程中存在的一些問題。

二、測試數(shù)據(jù)采集中存在的問題

在LED顯示屏可靠性分析中，首先需要對LED顯示屏的性能參數(shù)進行采集，為了保證數(shù)據(jù)采集結(jié)果的準確可靠，一方面要選擇合適的測試方法，另一方面則是要對測試設(shè)備進行合理的校準。該部分主要針對LED顯示屏光學性能測試和校準中存在的問題進行分析。

根據(jù)行業(yè)標準SJ/T 11281-2017《發(fā)光二極管（LED）顯示屏測試方法》[3]里面規(guī)定的光學性能測試項目主要包括最大亮度、視角、最高對比度、基色主波長誤差、白場色坐標、亮度鑒別等級和均勻性。從以上測試項目中可以看出，LED顯示屏光學性能測試的關(guān)鍵參數(shù)是亮度、色度和光譜分布。

目前國內(nèi)外對顯示屏的測試主要有兩種方法，一種是采用傳統(tǒng)的瞄點式亮度計或彩色分析儀進行單點檢測，可以得到顯示屏單點的亮度、色溫、色品坐標等重要指標。其中對于色度的測量設(shè)備，分為濾光片式和光譜式，濾光片式彩色亮度計是采用合適的濾光片模擬人眼對光的響應，從而使加濾光片后的探測器的相對光譜響應度與CIE 1931標準色度觀察者色匹配函數(shù)相接近，其測試主要優(yōu)點是速度快，但由于濾光片匹配誤差導致的不準確性，使得在色度測量方面精度較低。而光譜式亮度計采用分光的方式，能夠比濾光片式彩色亮度計提供更加精確的色度值，而且還可以得到LED顯示屏的光譜功率分布。該方法使用瞄點式測試設(shè)備，在LED顯示屏均勻性等整屏性能評價過程中需要移動測試儀器或屏幕，存在采點有限且速度慢、耗時長。第二種方法是采用二維影像式亮度計，影像亮度計測試速度快，無需多次采集數(shù)據(jù)，只需一次成像，便可得到顯示屏的亮度色度分布。但是由于目前大部分影像亮度計并不是采用分光技術(shù)，探測器存在色匹配誤差，所以測試精度不如光譜式的，且無法得到光譜分布等重要信息。盡管現(xiàn)在有些儀器公司已開發(fā)出光譜圖像亮度計，但也只能得到視場內(nèi)各點的亮度和瞄準點的光譜顏色信息。

當選定合適的測試方法及相應的測試設(shè)備后，對測試設(shè)備進行校準也是相當重要的。不同亮度測量設(shè)備由于其測光原理不同，所采用的校準方法也應不同[4]。目前針對亮度計的校準，現(xiàn)有的國家規(guī)程是《JJG 211-2005 亮度計檢定規(guī)程》[5]，規(guī)程中采用發(fā)光強度標準燈和標準白板作為標準器對亮度計校準。但由于LED顯示屏的發(fā)光光譜與標準燈的光譜并不一致，因此現(xiàn)有的規(guī)程已無法滿足顯示用亮度計的校準，簡單地用標準燈或積分球亮度源對其進行校準并不合適。針對顯示用亮度計的計量，建議使用積分球亮度源進行校準后，需要再用標準白場儀對校準后的亮度計做進一步的判斷，看該亮度計是否適用于顯示屏測試。另外，如果使用彩色分析儀對LED顯示屏進行測試，根據(jù)彩色分析儀的結(jié)構(gòu)和工作原理，由于三個探測器匹配不完善等原因，儀器的測量值與標準值之間會出現(xiàn)偏差，因此需要校準后方可使用，一般采用標準白場儀進行標定，現(xiàn)有的國家規(guī)范是《JJF 1079-2002 陰極射線管彩色分析儀》[6]。但由于LED顯示屏與傳統(tǒng)CRT顯示器的顯示原理不同，LED光源與CCFL背光的光譜特性也有著較大區(qū)別，導致彩色分析儀的測試結(jié)果也不一樣，因此現(xiàn)有的陰極射線管彩色分析儀校準規(guī)范已不能適用LED顯示屏測試用彩色分析儀的校準要求，但里面的校準方法仍可參考使用。對于影像式亮度計的校準，目前還沒有相應的檢定規(guī)程或校準規(guī)范，但根據(jù)儀器測試原理，除了對亮度和色度值進行標定外，還應增加CCD亮度均勻性的校準，使之可以應用于大面積視場、大范圍內(nèi)的亮度色度測量。

三、壽命評估方法不完善

壽命是LED可靠性的重要指標之一，一直是LED可靠性研究的重點。然而當前對LED光源的壽命評估較多，而對于LED顯示屏的壽命評估較少。目前對顯示屏的壽命有兩種說法[7]，第一種是平均壽命（又稱平均無故障工作時間或MTBF），是指兩次故障之間所經(jīng)歷的時間，是一種統(tǒng)計平均值，MTBF值的確定，通常采用理論統(tǒng)計法和經(jīng)驗統(tǒng)計法。第二種則是以亮度下降到一定程度表示的壽命，目前有的廠商以下降到75%作為屏幕的壽命，也有以50%為準的，目前究竟規(guī)定為多少合適，尚未有一個統(tǒng)一的標準。其中在第二種方法中僅提到了亮度的下降，缺少壽命衰退過程中的色度、均勻性變化等關(guān)鍵指標，特別是缺乏對LED顯示屏溫度漂移的檢測研究，這就制約了顯示屏性能的進一步提高。

LED顯示屏充分應用了現(xiàn)代信息技術(shù)，將聲、光、電、機等學科結(jié)合并集視頻、動畫、字幕、圖片于一體。近年來隨著逐點校正技術(shù)、色域修正技術(shù)等新技術(shù)的出現(xiàn)和不斷發(fā)展，顯示屏亮度色度的均勻性得到了提高，可獲得更優(yōu)異的圖像顯示質(zhì)量。盡管與其他光源相比，LED擁有穩(wěn)定性高的突出優(yōu)點，但在長時間工作的情況下，由于工藝、散熱和老化等問題，也會使顯示屏產(chǎn)生光衰減以及色度漂移，從而導致顯示的圖像發(fā)生色度和亮度不均勻的情況。而且由于顯示屏中LED芯片的集成度較高，芯片結(jié)溫產(chǎn)熱會造成局部壞點，從而影響LED顯示屏的整體使用。尤其對于戶外屏，亮度要求高，功耗和發(fā)熱量大，顯示屏自身溫升較大。而且LED的光學參數(shù)與結(jié)溫有很大的關(guān)系，若環(huán)境溫度較高，LED主波長就會向長波長漂移，尤其是點陣、大屏幕的溫升對LED的可靠性、穩(wěn)定性影響很大，會導致顯示屏發(fā)光的均勻性、一致性變差。同時在顯示屏的使用過程中需要考慮光色的穩(wěn)定性問題，因此應綜合分析其光度參數(shù)、色度參數(shù)、結(jié)溫的變化，才能對LED顯示屏的可靠性進行更為客觀的評估。

四、結(jié)語

解決LED顯示屏測試數(shù)據(jù)采集過程中的問題，并且完善壽命評估方法，以正確評估產(chǎn)品可靠性，從而使LED顯示屏向更高可靠性、智能化方向發(fā)展，提高產(chǎn)品性價比，增強市場競爭力。