摘 要 从亮度, 色度,视觉及衰减等四个方面阐述用于
显示屏的
发光二极管的特性,并讨论在设计和制作
LED显示屏时如何选择和使用发光二极管
"8}p>gS 关键词 发光二极管 显示屏 显示屏设计 显示屏技术 显示屏特性
&R+/Ie#0dz w SoIU,I Abstract：This paper discusses the brightness, color , visual sense and optical
h>\T1PM attenuation of the Light-Emitting-Diodes,used in LED display-board.
6 'CZfs\ Keywords：LED；display board；design of LED
h[ ~JC YA 发光二极管是构成LED 显示屏的最重要器件，其质量优劣直接决定显示屏的品质。一个好的显示屏对发光二极管的要求是非常严格的，应从①亮度及亮度均匀性；②色度及色度均匀性；③视角；④衰减特性
xUl=N 等方面进行选择。
*R1 m= 1 亮度及亮度均匀性
SQ%B"1&$D 图1～图4 是某一型号发光二极管的特性曲线，我们结合这些曲线进行讨论。
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278: 5y C 图1 和图2 反映了一组特定的红、绿、蓝三种发光二极管的正向电压与正向电流以及正向电流与亮度之间的关系。对于不同品质的管子，其对应参数有较大差异，但基本特征与上图相符。从图1 可以看出，超过门限电压后，随着正向电压的增加，发光管的正向电流先是缓慢增加而后便急剧增加。也就是说，电压稍有波动，电流便会大幅变化。从图2 可知，正向电流超过阀值后，随着电流的增加，发光管亮度快速增加。当电流达到一定值后，亮度随电流增加的速度变缓，进入了饱和区。这说明，当亮度达到一定程度后，增加电流，亮度不会明显增加，只会增加发光管的热耗，甚至烧毁二极管。因此，我们只能根据使用场合的亮度要求来选择发光管，而不能无限制地增加驱动电流来提高发光亮度。一般来说，亮度选择原则大致如表1 所示。
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nvY3$ Ty 使用中，为避免电压过高造成流过发光二极管的电流过大，损坏发光管，一般可采用恒流列驱动电路，
(;DnL|"'8 或在列驱动电路与发光管之间串一限流电阻以保护发光管，如图5 所示。
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~q]@Jp 除了对单管的亮度要求外，亮度均匀性也是一个主要参数。一个显示屏所用发光管成千上万甚至上百万只，要求每只发光管的亮度完全一致是不可能的。一般发光管的亮度差异是以平均值作为标准值来计算的，最大不应超过5% ～10% 。如果发光管被封装成模块组件，则模块与模块之间的亮度差异应小于5% ～10% 。具体要求视应用情况而定：对单色屏的均匀性要求稍低；对红、绿双基色屏的均匀性要求稍高；对红、绿、蓝三基色屏的均匀性要求最高。对显示图像比对显示文字的均匀性要求相对高些。如果单管亮度严重不均匀，观察者就会感到图像很粗糙，犹如粗布上绣花；若模块之间亮度不均匀，图像就会呈现严重的马赛克现象。
@@~ OA>^ 2 色度及色度均匀性
N$>.V7H& 色度是反映显示屏色彩品质，即颜色纯正程度的参数。目前显示屏用发光二极管的颜色主要有橘红、正红、黄绿、纯绿和纯蓝等，每个生产厂家、每一批号的色度都不一定相同，所以只能要求同一显示屏采用同一厂家、同一批号的发光管，最大限度地保证发光管的色度一致。众所周知，波长决定颜色，因此在选择发光管时，应对其发光波长提出严格要求。由图3 可以看出，发光管发出的光有一个波谱宽度，波谱宽度越窄，光的纯度就越高。因此，我们不仅要对波长提出严格要求，而且对半波波谱宽度也要有严格要求，这样才能保证图像质量。一般单色或双基色显示屏对红色、绿色的波长要求不太严格，图像不要明显偏红或偏绿即可，但要求半波波谱宽度应在20nm 以下，否则会有明显的色差。全彩显示屏要求达到纯红、纯绿和纯蓝的波长值，半波波谱宽度在10nm 以下。由于显示屏上使用的发光管很多，各发光管的发射光波长很难完全一致。因此对色度的均匀性有必要提出要求。普通单色、双基色显示屏要求发光管之间的波长差异不大于20nm ；全彩屏要求发光管之间的波长差异不大于5nm 。
>g7}JI& r }351S5( 3 亮度衰减特性
/+^7lQo\] 刚生产出来的发光二极管的亮度是最高的，使用一段时间后，亮度都会有一定程度的衰减。一般情况下，正常使用三个月后，亮度衰减不应超过10% ，一年后不应超过20% ，此后应基本保持稳定。亮度衰减与发光管的生产工艺、显示屏的设计制作和散热等有关。因此一定要选择生产工艺完善，信誉好的企业订购发光管，以保证发光管的质量。显示屏生产企业不要为了达到较高的亮度，而不恰当地把发光管的工作电流提高到大于出厂要求，这样会加速发光管的亮度衰减，缩短使用寿命。显示屏过热，特别是发光管过热，同样会加速亮度衰减，缩短使用寿命。因此，户外显示屏所用发光管应采用散热性能良好的铜支架，并在显示屏内采取较好的降温措施。
@qj4rt" 4 视角特性
'}#=I 9=ss 发光二极管的光能量角度分布示意图如图6 所示。在发光轴L0 上发出的光最强，偏离发光轴，光强便迅速减弱。当偏离到L1 或L2 时，其光强降为发光轴上光强的一半。L1 与L2 的夹角被称为视角，是发光
kaM=Fk=t 二极管的一个主要指标。很显然，视角越大，能观察到显示图像的范围就越大。但是，管芯确定后，视角越大，亮度就越低，因此宽视角、高亮度发光二极管的生产成本较高。
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4<%(Y-_sF 对户内屏而言，视角不是太大的问题，但对户外屏而言，视角就很重要了。一般户外屏采用椭圆形封装的发光管，要求在长轴（ 水平） 方向上的视角为70°～90°；短轴（ 垂直）方向上的视角为30°～40°。总之，为了既能获得良好的显示品质，又能降低生产成本，在LED 显示屏的设计制作中，应根据应用场合的不同，选择亮度、色度和视角等特性合适的发光二极管，并正确使用之。
C \"nlNKw 参考文献
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半导体光电器件实用手册［ S］．北京：电
&b :u~puM 子工业出版社，1996，14- 19．
@yc/1u $r 作者简介:
,U`:IP/L 王文军（ 1955-），男，甘肃人，硕士，中国信息产业发展规划研究院研究员，从事光电技术开发工作,E-mail:
kindwwj@263.net h r@c 7/L 尚庆虎
~,#zdm1r@ （ 1963-），男（汉族），河北人，博士，教授，中国信息产业发展规划研究院副总工程师，主要从事光电技术研究。
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