從2011年開始，“高清”、“超高清”、“高密度”、“小間距”等詞語頻繁出現在各類招投標文件、宣傳冊上。短短幾年的時間，點間距從4mm到3mm、2.5mm、1.9mm、1.6mm、1.2mm，再到目前的1.0mm，高密度LED顯示產品已經初步實現了系列化、產業化、規模化。高密度產品像是企業管理與設計水平的放大鏡，它將原本存在但不突兀的問題放大，例如，稍有一點精度控制不佳，就可能導致整屏效果差的局面。本文將客觀的從原材料、設計、結構工藝、生產等方面歸納高密度LED顯示產品存在的幾大特有的技術問題，提出改進方法與構想。
1.PCB表面處理問題
盡管LED顯示屏在工作狀態下才可以實現其價值，但是從專業角度，我們依然關注黑屏的效果。本文中黑屏指的是LED顯示屏在不工作的狀態下的視覺效果。
在高密度產品的面陣驅動板設計時，我們遇到兩個問題影響黑屏效果。一是PCB表面的色差，行業內，批量生產的PCB的色差暫時還沒有數據能夠反映，大多數靠人眼去觀察，但PCB表面的一致性做的再好，也很難同面罩的一致性媲美。如果不加面罩，則需在PCB上進行二次加工。但這種二次加工精度控制要求很高，需要專門的工藝設計。二是掃描線分割問題。分割線指的是在設計掃描電路中，分別共用驅動芯片某一I/O口的兩組發光二極管連接線之間的空隙，這個間隙就像是將印制板分割成為兩部分，故稱分割線（如圖1）。
分割線的產生是掃描電路設計的必然結果，一直存在，僅因高密度而凸顯。對于這種問題，有三種方法去除，一是加裝面罩，二是使用高度更高的發光管起到遮擋作用，三是添加假線設計，假線是指在PCB layout時，設計的沒有任何信號定義的線。
在分割線區域，繪制沒有信號的數據線，以避免出現斷層。圖1左圖是未加假線的設計，圖中有明顯分割線，圖1右圖是增加假線的設計，已無分割線。
面對上述兩大問題，目前最好的解決方法依然是加裝面罩。只是面罩的強度以及加工難易將會是設計的難點。
2.PCB尺寸精度問題
大多數高密度顯示屏，點亮時存在亮線和暗線的問題。亮線和暗線的出現是整行或整列像素點間隔不均造成的，一個重要的原因是PCB尺寸不精確造成的拼裝瑕疵。根據我司的經驗，當模塊邊緣像素點之間的間距誤差超過像素間距的10%，亮線和暗線的問題就會出現。市場上高精度的PCB裁板機精度是±0.1mm，激光切割機的精度≤±0.01mm。從數據上來看，使用高精度PCB裁板機不會導致亮線與暗線的出現，但事實并非如此。我們用高精度裁板機裁開的PCB邊緣與用激光切割機切割的PCB邊緣放大數倍進行比較。可以發現高精度PCB裁板機的確可以做到±0.1mm的精度，但是其裁邊不光滑，易造成毛刺，而激光切割不僅可以保證切割精度，還能保證PCB邊緣較為平整。因此，為了避免PCB邊緣尺寸不準造成的拼裝問題，高密度PCB切割應該使用激光切割技術。
3.貼裝問題
高密度LED顯示屏的貼裝是難點之一。焊盤的設計、網板的設計、貼裝的過程都是控制要點。
1010SMD發光管的焊盤尺寸只有0.3mm，若按照常規的在網板厚度不變的情況下，以小于焊盤的尺寸開孔，那么，當錫膏本身流動性差時，容易阻塞網板孔，影響生產效率，如果錫膏未落在焊盤上，該焊點會造成焊接不良。目前，采用的方法是降低網板的厚度，增加網板開孔的尺寸。
圖2中， h表示網板厚度，a表示網板開孔尺寸，在保證錫膏總量不變的情況下，a2＞a1，h1＞h2，則右圖中錫膏與焊盤的接觸面大，由于錫膏與焊盤的附著力與接觸面大小成正比，因此，采用右圖方式開網板孔有利于錫膏附著在焊盤上，避免了網板孔阻塞的情況。但是，要注意的是，網板開孔不能大于焊盤尺寸，否則錫膏在融化過程中散開，過回流后，多余的錫爬上發光管引腳，造成顯示屏引腳閃閃發光，黑屏效果欠佳。
以往貼裝SMD發光二極管時，肉眼較難看出偏移，除非使用面罩作為基準，偏移較明顯的發光管才會現出原形。即使發光管有偏移，并不會影響焊接可靠性。而高密度則不同，發光管偏移不僅僅影響觀看效果，嚴重的會導致虛焊，稍有外力，發光管就會發生脫落。因此，必須在貼片前設置發光管中心與焊盤中心對準，同時注意回流焊爐內風速的控制。
調試一塊高密度模塊時，若出現盲點，首先要做的是在放大鏡下觀察，因為盲點未必都是LED壞點或虛焊，有時是發光管翻轉造成的，這種概率并不高。通過研究分析，其主要原因如下：
1)貼片機吸嘴吸取發光管時，控制精度不佳或是吸嘴與PCB不垂直。另外，發光管進料時在傳送帶上有抖動，發光管在載帶中，有的偏左，有的偏右，吸嘴未必都能夠吸在發光管的中心位置。
2)拋料補焊的過程中，人為的碰觸導致發光管偏移或翻轉。
因此，在高密度產品的生產過程中，我們特別強調人的影響。同時，在回流焊前加自動光學檢查（AOI）可以避免類似問題的出現。
4.畫面畫質問題
近兩年，高密度LED顯示屏成為了DLP、PDP、LCD等顯示產品的主要競爭對手，其最大的優勢在于無縫、高亮、高刷新、色彩豐富。但是這里需要強調的是LED顯示屏的高亮優勢僅僅是在環境亮度比較高的情況下，才可以顯現。而DLP、PDP、LCD等顯示產品主要的應用場合均為室內環境，環境照度大多不會超過300lx，為此，我們通過實驗與主觀評價，得出了環境照度與顯示屏亮度之間的關系（見表1），我們認為在環境照度小于300lx時，高密度LED顯示屏的亮度僅需要120-600nit即可滿足要求。但是，部分客戶不接受低亮度，這與早期的顯示屏宣傳有關，因此，我們需要積極的引導客戶，同時，注意高亮和低亮下開關電源的配置，使用亮度自適應功能。
目前，行業內，解決高密度顯示屏低亮度高灰階高刷新率的驅動芯片已經較為成熟，典型的有聚積的MBI515*和日月成的SUM203*等。作為LED顯示屏應用廠家，在高密度產品的設計方面，我們關注以下參數：
1)最小輸出電流
目前，行業內恒流驅動芯片的最小輸出電流低至0.5mA，可滿足高密度LED顯示屏的低亮度需求，但是小電流下的穩定可靠是我們關注的重點。
2)電流輸出精度
電流輸出精度較大程度的影響到LED顯示屏的均勻性，驅動芯片的電流輸出精度主要分為兩種，一種是同一芯片的各通道間電流誤差，一種是芯片與芯片之間的電流誤差。通道與通道之間的電流誤差造成的顏色不均，肉眼觀察不明顯，片間電流誤差在±3%-±6%，芯片與芯片之間的誤差可以明顯顯示出色塊，這是現階段我們關注的重點。
3)數據移位時鐘
該數據決定了顯示數據的傳輸速率，它是影響顯示屏刷新率的關鍵指標。目前，一部分廠家的時鐘頻率已做到30MHz，顯示屏刷新率可達到4000-16000Hz。
4)灰階
灰階值越大，畫面的層次就越多，畫質就越細膩。在高密度LED顯示屏設計中，我們更關注100級以下的畫面層次效果，當然，這是驅動芯片與控制系統聯調的結果。
5.消隱問題
高密度顯示屏的掃描數越來越高，鬼影的問題也就變得越來越嚴重。系統在驅動下一行時，上一行出現暗亮的現象我們稱之為“上帶亮”。原因在于：上一行線關斷的時候，電路中殘留的電量無處釋放，只通過LED發光的形式釋放。現階段上帶亮主要通過增加消隱電路解決（例如使用CD4051、595芯片），通過錯行或串行放電，將行上的寄生電荷泄放掉，但要同時避免擊穿/短路/斷路三個問題都出現，這就會有較大難度。尤其是反向電壓會造成發光二極管的反向擊穿，在電路設計方面，要降低可能的反向電壓。
系統在驅動上一行時，下一行出現暗亮的現象我們稱之為“下帶亮”，LED顯示屏的面板存在LED燈珠及電路板寄生電容，而形成下行鬼影。下帶亮主要通過帶消隱功能的驅動芯片解決。
高密度LED顯示產品正處于快速成熟期，價格高利潤大，需求猛增。它是現階段LED顯示市場里的一片藍海。但是要做好并不容易，設計、生產過程中稍有不慎都會影響全局。因此，廠家都應在早期發展各自優勢，并適當運用專利保護手段，以免在不久的將來，高密度產品也會同其他LED顯示常規產品一樣成為價格戰的又一個犧牲品。
以上僅是本人對高密度LED顯示屏在設計、生產等環節中遇到特有問題的歸納，并不包含所有問題，如有不足之處，望指正。
