程德詩 / 孫富華

(上海三思科技發(fā)展有限公司，上海 201199)

0 概述

近年來，小間距LED-TV發(fā)展勢(shì)頭較猛，但細(xì)究之下發(fā)現(xiàn)，其技術(shù)仍有待完善、成本仍居高不下，且輿情營銷與公眾需求的互動(dòng)過少。筆者作為業(yè)內(nèi)人士對(duì)小間距LED-TV的發(fā)展有一些自己的理解。現(xiàn)簡(jiǎn)要敘述下。

1 技術(shù)探索

基于LED顯示像素顆粒大、亮色均勻性差、色彩失真重、填充因子低、光品質(zhì)劣、灰度層次淺、可靠性弱、電磁兼容性低下等現(xiàn)象積弱難返，實(shí)現(xiàn)“LED-TV走入家庭”尚不可能。因此，將這些技術(shù)困難逐一攻破，依然任重而道遠(yuǎn)。

1.1 關(guān)于電磁兼容(EMC)

EMC包括EMI(電磁騷擾)和EMS(抗電磁騷擾)。EMC定義為:設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境中任何設(shè)備的任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。

LED-TV作為一種家用電器，在國家標(biāo)準(zhǔn)和國家強(qiáng)制性認(rèn)證中，其輻射騷擾場(chǎng)強(qiáng)限值、輻射騷擾功率限值、電源端子騷擾電壓限值及各類信號(hào)端口的傳導(dǎo)共模騷擾電壓電平限值等，均等同于信息技術(shù)設(shè)備類國標(biāo)GB 9254-2008《信息技術(shù)設(shè)備的無線電騷擾限值和測(cè)量方法》中CLASS-B級(jí)。

近年來，業(yè)內(nèi)一些優(yōu)秀企業(yè)已在此項(xiàng)研究上取得成果，單個(gè)顯示箱體電磁兼容性能已真實(shí)達(dá)到CLASS-B級(jí)。然而，家用電視須將LED-TV作為一個(gè)整機(jī)看待，故其中的單個(gè)箱體達(dá)到CLASS-B級(jí)并不等同于整機(jī)就能達(dá)到CLASS-B級(jí)。作為家用電器的強(qiáng)制性認(rèn)證，萬萬不可有蒙混過關(guān)的念頭。

1.2 關(guān)于“毛毛蟲”現(xiàn)象

“毛毛蟲”現(xiàn)象是業(yè)內(nèi)對(duì)由一顆LED故障導(dǎo)致相鄰一串LED失效情況的一種俗稱，其產(chǎn)生的原因有多種。這其中由單顆三合一LED內(nèi)部短路而造成的“毛毛蟲”現(xiàn)象，當(dāng)下業(yè)內(nèi)尚未找到徹底解決的辦法。

小間距LED-TV采用的是體積極小Molding工藝封裝的表貼三合一LED，常用的有三種規(guī)格：1)1010：外形尺寸1.0mm×1.0mm×0.65mm=0.65mm3；2)0808：外形尺寸0.8mm×0.8mm×0.6mm=0.384mm3；3)0606：外形尺寸0.6mm×0.6mm×0.5mm=0.18mm3。封裝空間中堆積了眾多的金屬導(dǎo)電材料：1)紅、綠、藍(lán)3顆LED芯片，每顆芯片都包含了正、負(fù)2個(gè)金屬電極；2)用于固晶的紅、綠、藍(lán)3個(gè)芯片的金屬支架,通常由銅材沉金制成；3)4個(gè)輸出電極觸點(diǎn)，通常由銅材沉金制成；4)將芯片和支架粘結(jié)的導(dǎo)電銀膠；5)5根連接紅、綠、藍(lán)芯片電極與4個(gè)輸出電極觸點(diǎn)的金屬鍵合導(dǎo)線，通常采用純金線或銅線制成；6)5根金屬導(dǎo)線的10個(gè)端頭，共10個(gè)金屬焊球。

上述眾多的金屬導(dǎo)電材料堆積在非常狹小的空間(0.18mm3～0.65mm3)中，其中部分材料在金屬元素的活動(dòng)性序列中并非處于最穩(wěn)定段，當(dāng)LED處于高溫或高濕環(huán)境中，濕氣滲透到內(nèi)部，部分金屬材料發(fā)生氧化反應(yīng)或水解，并游離出金屬離子，這些金屬離子在一定的電場(chǎng)作用下易產(chǎn)生遷移現(xiàn)象。由此內(nèi)部發(fā)生短路現(xiàn)象也就在所難免，這中間尤以銀膠過高形成紅綠(或紅藍(lán))負(fù)極短路現(xiàn)象為主。一塊普通的2K-LED電視屏具有207萬像素，假設(shè)三合一LED內(nèi)部短路率只有微乎其微的百萬分之一，那么這塊電視屏就會(huì)出現(xiàn)兩條“毛毛蟲”。

綜上分析發(fā)現(xiàn)，“毛毛蟲”現(xiàn)象產(chǎn)生的根源是在LED狹小空間內(nèi)堆積了大量的金屬導(dǎo)電材料。假如能夠從芯片、封裝上游著手，大量減少LED內(nèi)部金屬導(dǎo)電材料的使用(尤其是摒棄銀膠的使用)，或能從根本上消除“毛毛蟲”產(chǎn)生的機(jī)理，可喜的是，業(yè)內(nèi)有識(shí)之士早已著手進(jìn)行眾多新材料、新工藝的研究探索。在眾多技術(shù)路線中，筆者認(rèn)為有三個(gè)探索方向值得關(guān)注。

1)方向一

紅、綠、藍(lán)均采用水平結(jié)構(gòu)的雙電極芯片，繼而固晶時(shí)全部采用絕緣膠作為粘合劑，徹底杜絕銀膠的使用，從而最大限度地消除“毛毛蟲”產(chǎn)生的主因。此方案帶來的缺點(diǎn)是鍵合線從5根增加至6根，原本狹小的空間打線更顯局促，而優(yōu)點(diǎn)是徹底摒棄了導(dǎo)電銀膠的使用，并且技術(shù)方案切實(shí)可行。

2)方向二

紅、綠、藍(lán)采用如圖1所示的倒裝LED芯片。此方案可大大減少LED內(nèi)部金屬導(dǎo)電材料的使用，包括導(dǎo)電銀膠、5根金線(或銅線)、10個(gè)金屬焊球。內(nèi)部大量金屬導(dǎo)電材料的減少，特別是銀膠的棄用，可以說是清除了“毛毛蟲”現(xiàn)象產(chǎn)生的機(jī)理，并且因?yàn)殒I合線的摒棄，根治了以往A、B、C、D、E五個(gè)點(diǎn)斷線點(diǎn)及金球脫落等痼疾，同時(shí)LED的外形尺寸也可以相應(yīng)做得更小，也即LED-TV的像素密度可以做得更高，甚至有朝一日4K-LED-TV可以走入家庭。

圖1 LED芯片倒裝結(jié)構(gòu)

3)方向三

“倒裝芯片+覆晶焊”工藝一旦在顯示領(lǐng)域成熟應(yīng)用，則為LED顯示面陣進(jìn)入“倒裝+CSP+COB”的融合帶來了無限的可能。

1.3 關(guān)于色彩還原

LED具有眾多的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，其中之一就是紅、綠、藍(lán)三基色的色純度較高，構(gòu)成更寬的色域范圍，由此構(gòu)成的LED-TV其色域范圍可高達(dá)NTSC色域范圍的120%以上。因此LED顯示在需要奪人眼球的傳媒界應(yīng)用廣泛。而LED-TV走入家庭不僅需要高色純度(即寬色域)，更需要逼真的色彩還原。表1給出了國家廣播電影電視總局頒布的標(biāo)準(zhǔn)GY/T 155-2008《高清晰度電視節(jié)目制作及交換用視頻參數(shù)值》與LED色度性能的對(duì)比，從中可以看出造成LED-TV色彩還原性低，尤其是人的膚色失真(偏紅)的緣由。圖2所示為波長差人眼敏感度閾值圖。

表1 GY/T 155-2008與LED色度性能的對(duì)比表

圖2 波長差人眼敏感度閾值圖

從表1和圖2可知：1)LED三基色與GY/T155-2008三基色在波長、色純度均存在明顯偏差；2)以GY/T 155-2008三基色波長為參照，根據(jù)圖2對(duì)波長差人眼敏感度進(jìn)行分析，主波長為612nm的紅色波長差人眼敏感度閾值只有1nm左右(敏感度最高)，主波長為548nm的綠色波長差人眼敏感度閾值約為2nm(敏感度次之)，主波長為465nm的藍(lán)色波長差人眼敏感度閾值達(dá)到2.7nm左右(敏感度最低)；3)造成LED-TV色彩失真的主因是紅色LED和綠色LED，雖然通過色空間變換技術(shù)可以修正紅、綠色LED的主波長偏差，但是修正主波長偏差之后LED寬色域范圍的優(yōu)勢(shì)變成了劣勢(shì)，而低灰圖像的色彩失真依舊存在，并且圖像常常呈現(xiàn)灰蒙蒙之狀。如果再對(duì)LED波長一致性進(jìn)行校正，那帶來的色域損失將是無法接受的；4)紅、藍(lán)LED色純度均高于GY/T 155-2008，但紅、藍(lán)高出的幅度卻不一致，紅色高出6%左右，藍(lán)色高出3.6%左右，而綠色LED色純度卻略低于GY/T 155-2008。這也是無法在LED全色域范圍內(nèi)尤其是在人眼敏感度最高的人體膚色區(qū)域內(nèi)保持良好的色彩還原的原因之一。

雖然上述問題確實(shí)存在，但并非不可解決，真正的LED-TV所用的LED應(yīng)該是按照GY/T 155-2008標(biāo)準(zhǔn)中要求的紅、綠、藍(lán)三基色進(jìn)行調(diào)整配色，具體可分成三層境界進(jìn)行實(shí)踐。

1)主波長匹配

紅色LED主波長匹配為612nm左右，綠色LED主波長匹配為548nm左右，藍(lán)色LED主波長匹配為465nm左右。按此配置要求，InGaAlP半導(dǎo)體發(fā)光材料支持紅、橙、黃波長段的發(fā)光，因此612nm的紅色LED技術(shù)上無障礙；而InGaN半導(dǎo)體發(fā)光材料理論上支持從紫外到紅色的發(fā)光波段，因而465nm的藍(lán)色LED及548nm的綠色LED也非難事，只是綠色LED在波長大幅度長移之后外延材料的內(nèi)量子效率會(huì)略有下降(這對(duì)室內(nèi)小間距LED-TV完全不是問題)。同時(shí)還可以結(jié)合數(shù)字顯示技術(shù)中的色空間變換技術(shù)來對(duì)紅綠藍(lán)三基色的主波長進(jìn)行適度微調(diào)整。

2)三基色色純度更高

在實(shí)現(xiàn)了“主波長匹配”之后發(fā)現(xiàn)：如果以犧牲色純度(又可表述為色域范圍)來實(shí)現(xiàn)“主波長匹配”得不償失。可以考慮從上游芯片材料著手，或者通過多基色配色技術(shù)來全面實(shí)現(xiàn)紅綠藍(lán)“主波長匹配”和“色純度更高”。

3)三基色色純度均衡提升

除匹配波長、提高色純度外，還需要均衡三基色色純度的提升率。故須上游從外延材料著手、中游從封裝著手(多基色封裝)、下游從色空間變換著手，努力實(shí)現(xiàn)在三基色主波長匹配的情況下色純度的均衡提升(圖3)。

表2 108″/2K小間距LED-TV成本及售價(jià)預(yù)估表

上述討論的技術(shù)改進(jìn)方向，不僅適用于LED-TV走入家庭，也適用于現(xiàn)有小間距LED顯示市場(chǎng)，尤其對(duì)廣電、軍隊(duì)等高端應(yīng)用行業(yè)更具有積極意義。

圖3 GY/T 155色域范圍與理想色域范圍

2 成本分析

LED作為一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，業(yè)內(nèi)人士常常用半導(dǎo)體行業(yè)的摩爾定律來評(píng)估LED的價(jià)格及光效，即每18個(gè)月價(jià)格降低一半而光效提高一倍，但近年來這種定律已呈現(xiàn)終止跡象，所以，也不可對(duì)LED芯片的價(jià)格再作逐年成倍下降的預(yù)判。

下面按上述技術(shù)探索的標(biāo)準(zhǔn)，配置一臺(tái)108″/2K的LED-TV，并預(yù)估成本及售價(jià)，詳見表2。

3 結(jié)束語

作為一種全新的商品，LED-TV走進(jìn)家用市場(chǎng)不僅需要針對(duì)目標(biāo)人群進(jìn)行精準(zhǔn)營銷，同時(shí)需對(duì)社會(huì)公眾進(jìn)行輿情營銷。為市場(chǎng)推動(dòng)發(fā)展奠定輿情基礎(chǔ)，而當(dāng)市場(chǎng)氛圍萌動(dòng)時(shí)，技術(shù)、成本、輿情、需求就會(huì)形成良性互動(dòng)，LED-TV走入家庭之路方能迎來希望。

[1] GY/T155-2000 高清晰度電視節(jié)目制作及交換用視頻參數(shù)值[S].國家廣播電影電視總局，2000.

[2] 程德詩.LED顯示屏色度處理技術(shù)謅議[J].現(xiàn)代顯示,2006(6):23-26.