浅谈家电数码显示器用的白光发光二极管

许振军

摘 要：随着这两年来发光二极管在家电行业的应用数量越来越多，尤其是白光发光二极管因为其白光颜色比较难控制一致性，所以不同的数码显示器对白光颜色选择和分光的要求都是不一样的。本文从贴片式白光颜色的选择和控制，以及批量一致性控制两个方面阐述了白光发光二极管在家电数码显示器上应用的一些基本要求。

关键词：白光发光二极管；家电数码显示器；分光分色一致性

随着前几年国家实行的“家电下乡”、家电以旧换新补贴政策的执行和这两年开始的绿色节能家电补贴政策的推行和实施，贴片发光二极管在家电行业的应用数量越来越多，而且应用的范围也越来越广泛，从空调到冰箱、洗衣机、DVD再到微波炉、电磁炉、高压锅，几乎涵盖所有家用电器数码显示面板，从家电的多样化来看，其显示颜色也从原先单一的红色、黄绿色、黄色发展到现在的蓝色、绿色、橙色、白色、粉红色、青绿色等等，可谓色彩斑斓绚丽多色啊。尤其2008年开始为了提高数码显示器件的可靠性，都是采用0603贴片产品逐步替代原先数码显示器直接用bonding芯片的方式，在2012年高档的家电产品使用0603贴片方式的产品比例已经超过80%，所以也是的白光产品大量应用在家电产品用的数码显示器上，使得家电产品显示更加多样化，但是因为白光颜色比较难控制，故其应用在数码显示器的白光颜色选择和分光都是有一些基本要求的，都是有一定的区分的。本文从二方面着重介绍一下家用电器用白光显示器件的一些基本要求。

1 颜色的选择

一般家电产品都是以白色外壳为主，也就是所谓的“白色家电”，所以都是以黄绿、蓝色为主，为配合白色家电的外壳和大家习惯的感觉，白光也都是配冷色调的白光为主，尤其是一些空调、冰箱产品，但在冷色调范围内的白光分为蓝白色、偏青色、偏紫色、偏红色等等，可以说CIE_X，CIE_Y坐标稍微变化，其白光的颜色就会发生变化，再配合数码显示器外壳套件的白色反光、漏光和表面贴膜的滤光，白光的颜色会变化的更加大，比如偏青的冷色调白光会显得灰色，偏正白的LED用在数码上就会显得乳黄色。所以用在家用电器的白光发光二极管一般选择正偏蓝白色的，如图1中两边窗口中的就是正偏蓝白颜色，甚至冰蓝色的冷色调白光。偏蓝到需要的什么程度可以结合数码显示器的塑壳偏黄、偏白程度、塑壳的高度和膜的透光程度等等来综合考虑，配套出最佳的配合方案。

另外在考虑白光颜色的同时，也需要根据塑壳窗口和笔端大小来考虑白光的发光强度和白光的发光角度，在某些反光较好和窗口小的塑壳上如果发光强度过大则会造成光的多次反射后颜色改变，相反如果发光强度低的白光用在窗口或者笔端大的数码上就会增加色差的几率。加上膜的透光性问题也会改变出光白光的颜色和亮度，所以即使是相同X/Y坐标的贴片白光使用在不同的塑壳大小数码显示器上，白光出来的发光颜色效果和颜色一致性效果也是不一样的，在使用白光在考虑发光颜色的同时还要考虑发光强度和窗口、笔端的设计大小，下图1为同样颜色的白光设计在不同窗口的对比效果图，在窗口大的区域相对来说显示了贴片白光的真实颜色，而窗口小8字下就因为塑壳的反光原因变得相对比较白了。

2 一致性控制

在家用电器使用白光发光二极管的显示板上白光的一致性问题是比较难控制的，这个一致性包括发光亮度的一致性和整个显示板的各颗产品的颜色一致性问题，尤其是笔端比较细的单“8”，双“8”数码显示和单板串、并联较多的数码板。既要保证单板的一致性又要保证整批的一致性，一般需要从两个方面着手。第一方面就是分光分色，包括电压、色度坐标、亮度，亮度一般可以采用1：1.2，对于要求高的可以适当缩小比例，一般场合考虑亮度分档的集中性可以采用1：1.2来分而降低成本；色度坐标可以根据偏蓝的程度来用X轴细分法和Y轴细分法，这样既可以保证色度的一致性，也可以提高分档的集中性而降低成本。当然采用哪种细分法要看有不同芯片波长和荧光粉波长组成白光的斜率来看决定。在实际分级中可以根据客户对数码显示器对色差的要求，再对白光混合波长来进行细分。电压方面可以先按照0.1V来分，虽然一般数码显示器都是通过脉冲扫描来实现驱动供电的，对电压的一致性要求会比较低，但是有些单板颗数多的产品还是会出现部分的串、并联，所以白光产品在分光反色的时候先细分，然后在包装的时候根据显示器控制电路来确定怎么样进行合并包装；这样的分光分色既可以保证应用的一致性，又可以保证出货率。所以亮度和电压分bin在实际生产过程中既要考虑数码显示板的亮度和颜色的一致性，也要保证产品的批次的一次性出货率，也就是要控制0603贴片产品的生产成本。

而在实际测试机器调整时也有一定的讲究，因为一般测试仪器都是通过测试LED法向亮度和色度坐标来实现的，所以其无法测试出LED侧面发出的光，而在数码显示器需要的是单颗贴片LED发出的所有光组合起来的颜色，其侧光通过塑壳的多次反射会重新出射到显示器的表面。所以在测试的时候我们需要对测试的光学镜头的高低、大小、位置和镜头面的粗糙程度进行配合优化，把单颗贴片LED的正面和侧面发出的光，都测试进去，尽量使测试出的数据能反映出贴片LED整个发光颜色。这样也会是模拟了其在数码板中使用的情况。

第二方面从控制蓝光芯片的波峰波长和荧光粉波峰波长的离散性来控制两者激发产生白光的一致性，蓝光波长目前一般芯片长都是通过主波长来进行2.5nm分档，相当于峰值波长4nm左右，而对白光来说激发荧光粉需要的是蓝光芯片的激发波长，就是蓝光芯片的峰值波长。

而主波长在2.5nm范围内，并不代表峰值波长也在2.5nm内，一般峰值波长大小相差会在4nm以上，使用这样同批生产出来的白光虽然也能落在同一个bin级，但是白光发光斜率不同相对发出的颜色也就不一样了。图2说明是蓝光晶片峰值波长大与峰值波长小（两者相差4nm）做出来的白光产品的落bin图。

图3就是把这些产品使用在同一个数码管上的一个效果图，颜色一致性很差，就是因为白光的色谱不一样导致的。

所以在做数码用白光时使用的蓝光芯片是必须要求芯片生产厂商增加了蓝光芯片峰值波长的测试和分档，其分档的范围也是2.5nm大小，这样就可以提高其激发荧光粉后产生的白光的反光颜色一致性。

相同的道理对荧光粉我们也增加控制激发波长、受激发波长（放光波段范围）和激发效率的一致性，荧光粉颗粒大小的一致性等等。这些都是可以通过测试多颗白光LED的波峰图来看起叠加效果来判定荧光粉的波长是否集中。

图4就是说明荧光粉的波长集中度较好，因为其中蓝光峰和荧光粉黄光峰处，几颗LED的重合度都是比较好的。而图5说明荧光粉的波长集中率或者颗粒直径上有一定的问题，因为其中个别颗白光LED在黄光峰处比较分散，波峰峰值有一定的大小，波峰的高度也是有一定的高低。通过两者波长的控制和荧光粉的一些基本特性控制，从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，也就是说基本上控制在两到三个档之内（如果按照0.01一个分档范围的话）。

当然用在家用电器显示器件用的白光发光二极管目前一般都是以0603产品的封装为主（封装结构如图4），其封装厚度、荧光粉胶体厚度，芯片是否在荧光粉胶体正中间，发光角度，芯片长宽大小都是有讲究的，需要根据不同数码外壳套件和膜片来一一配套试验的。

总之，0603贴片白光发光二极管应用在家电数码显示器上，对白光的颜色，色温，色谱，亮度，电压，批量一致性都是有较高的要求，都是需要根据不同的电器、不同的人眼反应和不同的显示效果来选配、设计不同数码窗口大小和塑壳的高度。为了使白光贴片的分光一致性的同时，生产单位也要考虑一致性所带来的出货率的问题，出货率越高其单颗的生产成本也就越低。不至于造成显示器的成本越来越高。

参靠文献

[1]王晓东.电器照明技术.北京.机械工业出版社：2004.

[2]鲍超.发光二极管测试技术和标准.物理，2003，32（5）：319-324

[3]John H.Lau著 贾松良等译校《芯片尺寸封装设计、材料、工艺、可靠性及应用》 北京 清华大学出版社 2003

[4]Narendran， N. and Y. Gu. 2005. Life of LED-based white light sources. IEEE/OSA Journal of Display Technology 1（1）： 167-171

[5]《半导体照明产业新技术》 指导手册 北京 中国科学技术文献出版社 2006.11

[6]黄贤斌.传感器原理与应用（第二版）.高等教育出版社/电子科技大学出版社

[7]半导体网络学院 www.celu.org.cn