淺談家電數(shù)碼顯示器用的白光發(fā)光二極管

許振軍

摘 要：隨著這兩年來發(fā)光二極管在家電行業(yè)的應用數(shù)量越來越多，尤其是白光發(fā)光二極管因為其白光顏色比較難控制一致性，所以不同的數(shù)碼顯示器對白光顏色選擇和分光的要求都是不一樣的。本文從貼片式白光顏色的選擇和控制，以及批量一致性控制兩個方面闡述了白光發(fā)光二極管在家電數(shù)碼顯示器上應用的一些基本要求。

關鍵詞：白光發(fā)光二極管；家電數(shù)碼顯示器；分光分色一致性

隨著前幾年國家實行的“家電下鄉(xiāng)”、家電以舊換新補貼政策的執(zhí)行和這兩年開始的綠色節(jié)能家電補貼政策的推行和實施，貼片發(fā)光二極管在家電行業(yè)的應用數(shù)量越來越多，而且應用的范圍也越來越廣泛，從空調(diào)到冰箱、洗衣機、DVD再到微波爐、電磁爐、高壓鍋，幾乎涵蓋所有家用電器數(shù)碼顯示面板，從家電的多樣化來看，其顯示顏色也從原先單一的紅色、黃綠色、黃色發(fā)展到現(xiàn)在的藍色、綠色、橙色、白色、粉紅色、青綠色等等，可謂色彩斑斕絢麗多色啊。尤其2008年開始為了提高數(shù)碼顯示器件的可靠性，都是采用0603貼片產(chǎn)品逐步替代原先數(shù)碼顯示器直接用bonding芯片的方式，在2012年高檔的家電產(chǎn)品使用0603貼片方式的產(chǎn)品比例已經(jīng)超過80%，所以也是的白光產(chǎn)品大量應用在家電產(chǎn)品用的數(shù)碼顯示器上，使得家電產(chǎn)品顯示更加多樣化，但是因為白光顏色比較難控制，故其應用在數(shù)碼顯示器的白光顏色選擇和分光都是有一些基本要求的，都是有一定的區(qū)分的。本文從二方面著重介紹一下家用電器用白光顯示器件的一些基本要求。

1 顏色的選擇

一般家電產(chǎn)品都是以白色外殼為主，也就是所謂的“白色家電”，所以都是以黃綠、藍色為主，為配合白色家電的外殼和大家習慣的感覺，白光也都是配冷色調(diào)的白光為主，尤其是一些空調(diào)、冰箱產(chǎn)品，但在冷色調(diào)范圍內(nèi)的白光分為藍白色、偏青色、偏紫色、偏紅色等等，可以說CIE_X，CIE_Y坐標稍微變化，其白光的顏色就會發(fā)生變化，再配合數(shù)碼顯示器外殼套件的白色反光、漏光和表面貼膜的濾光，白光的顏色會變化的更加大，比如偏青的冷色調(diào)白光會顯得灰色，偏正白的LED用在數(shù)碼上就會顯得乳黃色。所以用在家用電器的白光發(fā)光二極管一般選擇正偏藍白色的，如圖1中兩邊窗口中的就是正偏藍白顏色，甚至冰藍色的冷色調(diào)白光。偏藍到需要的什么程度可以結(jié)合數(shù)碼顯示器的塑殼偏黃、偏白程度、塑殼的高度和膜的透光程度等等來綜合考慮，配套出最佳的配合方案。

另外在考慮白光顏色的同時，也需要根據(jù)塑殼窗口和筆端大小來考慮白光的發(fā)光強度和白光的發(fā)光角度，在某些反光較好和窗口小的塑殼上如果發(fā)光強度過大則會造成光的多次反射后顏色改變，相反如果發(fā)光強度低的白光用在窗口或者筆端大的數(shù)碼上就會增加色差的幾率。加上膜的透光性問題也會改變出光白光的顏色和亮度，所以即使是相同X/Y坐標的貼片白光使用在不同的塑殼大小數(shù)碼顯示器上，白光出來的發(fā)光顏色效果和顏色一致性效果也是不一樣的，在使用白光在考慮發(fā)光顏色的同時還要考慮發(fā)光強度和窗口、筆端的設計大小，下圖1為同樣顏色的白光設計在不同窗口的對比效果圖，在窗口大的區(qū)域相對來說顯示了貼片白光的真實顏色，而窗口小8字下就因為塑殼的反光原因變得相對比較白了。

2 一致性控制

在家用電器使用白光發(fā)光二極管的顯示板上白光的一致性問題是比較難控制的，這個一致性包括發(fā)光亮度的一致性和整個顯示板的各顆產(chǎn)品的顏色一致性問題，尤其是筆端比較細的單“8”，雙“8”數(shù)碼顯示和單板串、并聯(lián)較多的數(shù)碼板。既要保證單板的一致性又要保證整批的一致性，一般需要從兩個方面著手。第一方面就是分光分色，包括電壓、色度坐標、亮度，亮度一般可以采用1：1.2，對于要求高的可以適當縮小比例，一般場合考慮亮度分檔的集中性可以采用1：1.2來分而降低成本；色度坐標可以根據(jù)偏藍的程度來用X軸細分法和Y軸細分法，這樣既可以保證色度的一致性，也可以提高分檔的集中性而降低成本。當然采用哪種細分法要看有不同芯片波長和熒光粉波長組成白光的斜率來看決定。在實際分級中可以根據(jù)客戶對數(shù)碼顯示器對色差的要求，再對白光混合波長來進行細分。電壓方面可以先按照0.1V來分，雖然一般數(shù)碼顯示器都是通過脈沖掃描來實現(xiàn)驅(qū)動供電的，對電壓的一致性要求會比較低，但是有些單板顆數(shù)多的產(chǎn)品還是會出現(xiàn)部分的串、并聯(lián)，所以白光產(chǎn)品在分光反色的時候先細分，然后在包裝的時候根據(jù)顯示器控制電路來確定怎么樣進行合并包裝；這樣的分光分色既可以保證應用的一致性，又可以保證出貨率。所以亮度和電壓分bin在實際生產(chǎn)過程中既要考慮數(shù)碼顯示板的亮度和顏色的一致性，也要保證產(chǎn)品的批次的一次性出貨率，也就是要控制0603貼片產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。

而在實際測試機器調(diào)整時也有一定的講究，因為一般測試儀器都是通過測試LED法向亮度和色度坐標來實現(xiàn)的，所以其無法測試出LED側(cè)面發(fā)出的光，而在數(shù)碼顯示器需要的是單顆貼片LED發(fā)出的所有光組合起來的顏色，其側(cè)光通過塑殼的多次反射會重新出射到顯示器的表面。所以在測試的時候我們需要對測試的光學鏡頭的高低、大小、位置和鏡頭面的粗糙程度進行配合優(yōu)化，把單顆貼片LED的正面和側(cè)面發(fā)出的光，都測試進去，盡量使測試出的數(shù)據(jù)能反映出貼片LED整個發(fā)光顏色。這樣也會是模擬了其在數(shù)碼板中使用的情況。

第二方面從控制藍光芯片的波峰波長和熒光粉波峰波長的離散性來控制兩者激發(fā)產(chǎn)生白光的一致性，藍光波長目前一般芯片長都是通過主波長來進行2.5nm分檔，相當于峰值波長4nm左右，而對白光來說激發(fā)熒光粉需要的是藍光芯片的激發(fā)波長，就是藍光芯片的峰值波長。

而主波長在2.5nm范圍內(nèi)，并不代表峰值波長也在2.5nm內(nèi)，一般峰值波長大小相差會在4nm以上，使用這樣同批生產(chǎn)出來的白光雖然也能落在同一個bin級，但是白光發(fā)光斜率不同相對發(fā)出的顏色也就不一樣了。圖2說明是藍光晶片峰值波長大與峰值波長小（兩者相差4nm）做出來的白光產(chǎn)品的落bin圖。

圖3就是把這些產(chǎn)品使用在同一個數(shù)碼管上的一個效果圖，顏色一致性很差，就是因為白光的色譜不一樣導致的。

所以在做數(shù)碼用白光時使用的藍光芯片是必須要求芯片生產(chǎn)廠商增加了藍光芯片峰值波長的測試和分檔，其分檔的范圍也是2.5nm大小，這樣就可以提高其激發(fā)熒光粉后產(chǎn)生的白光的反光顏色一致性。

相同的道理對熒光粉我們也增加控制激發(fā)波長、受激發(fā)波長（放光波段范圍）和激發(fā)效率的一致性，熒光粉顆粒大小的一致性等等。這些都是可以通過測試多顆白光LED的波峰圖來看起疊加效果來判定熒光粉的波長是否集中。

圖4就是說明熒光粉的波長集中度較好，因為其中藍光峰和熒光粉黃光峰處，幾顆LED的重合度都是比較好的。而圖5說明熒光粉的波長集中率或者顆粒直徑上有一定的問題，因為其中個別顆白光LED在黃光峰處比較分散，波峰峰值有一定的大小，波峰的高度也是有一定的高低。通過兩者波長的控制和熒光粉的一些基本特性控制，從而控制整批白光的一致性，目前一般可以做到X±0.01，Y±0.015，也就是說基本上控制在兩到三個檔之內(nèi)（如果按照0.01一個分檔范圍的話）。

當然用在家用電器顯示器件用的白光發(fā)光二極管目前一般都是以0603產(chǎn)品的封裝為主（封裝結(jié)構(gòu)如圖4），其封裝厚度、熒光粉膠體厚度，芯片是否在熒光粉膠體正中間，發(fā)光角度，芯片長寬大小都是有講究的，需要根據(jù)不同數(shù)碼外殼套件和膜片來一一配套試驗的。

總之，0603貼片白光發(fā)光二極管應用在家電數(shù)碼顯示器上，對白光的顏色，色溫，色譜，亮度，電壓，批量一致性都是有較高的要求，都是需要根據(jù)不同的電器、不同的人眼反應和不同的顯示效果來選配、設計不同數(shù)碼窗口大小和塑殼的高度。為了使白光貼片的分光一致性的同時，生產(chǎn)單位也要考慮一致性所帶來的出貨率的問題，出貨率越高其單顆的生產(chǎn)成本也就越低。不至于造成顯示器的成本越來越高。

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