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超薄、散热、柔性:LED屏设计的新方向~广州市杨林电子
发布时间:2018-10-31

  在最近的三年时间内,LED显示屏市场发生了以小间距产品崛起为核心的巨大的变化。和2012年比较2016年小间距LED屏产品销量恐增长接近一个数量级。这也使得国内LED屏产业,技术上实现了对国际巨头至少3年的领先时间。

国内LED屏行业已经站在国际前沿,这是很显著的成绩。但是,由此也带来了一些问题:下一步的创新方向在哪里?以前是跟随国际趋势来走,具有试错的低成本性,方向明确。现在,国内LED屏行业则必须“自己探索未知的新领域”。

需求出发,超薄和柔性方向

超薄和柔性显示产品,这是现在彩电和手机圈最时髦的概念,也是OLED显示的发展方向。那么,对于工程大屏,LED屏这样的技术而言,是否超薄和柔性也有必须性呢!答案是肯定的。

超薄的屏幕意味着可以在更为紧凑和精致的环境中使用,可以融入更为复杂和创造性的装饰装潢效果之中。同时,也意味着“因为节约了空间,而节省了成本”——LED屏的大多数应用领域都是“高房价区域”。

此外,对于超薄设计的LED屏产品,更大的一个意义在于:那些古老的建筑,也可以承载LED屏。一些建筑物,可能由于结构和寿命的问题,所能支载的外部载荷不足以满足传统的、过于沉重的屏幕,但是薄型屏幕的轻量化可以解决这个问题;另一些建筑物,主要是室内使用上,空间不足是一个大问题,轻薄型的LED屏则可以打破这个瓶颈。

柔性的LED屏设计的好处,更是显而易见:他能满足转角应用的视角需求,同时有利于创造出“差异化的异型显示”。虽然这些显示需求,采用一般的刚性单元也可以实现,但是柔性化的产品可以做到更好的细节程度和更宽泛的产品适用空间——即一个标准化的柔性单元,可以拼接出完全不同效果的异型结构。这几乎是实现异型显示的“大规模标准化制造”。

对于LED屏设计,超薄是柔性化的前提。只有足够薄的单元,才能在结构承受力范围内,实现更大弧度变化的灵活性,甚至直接折叠。同时,超薄和柔性化设计都意味着采用新的材料技术:包括PCB板、机壳、灯珠等都需要全新的体系。这些产品将驱动整个led屏产业链的变革。

从工程出发,热设计是核心

LED单元,无论是小间距产品还是户外传统产品,体积做的更为轻巧,一直是行业趋势。但是,超薄产品的发展却并不很顺利,因为“热”是核心问题。

对于户外屏而言,散热设计不仅仅是考虑内部的发热问题,还需要考虑外部“阳光”的加热问题。由于LED屏多采用高对比度设计,表面反射率很低,所以大多数阳光照射都会转化成热量积存下来。

对于室内小间距屏而言,没有阳光的威胁。但是,小间距屏自身的灯珠密度更高,即发热源密度更高,且对产品轻薄性要求更高、产品周遭的可用散热对流空间有限。这些因素使得小间距LED屏的散热设计也并不简单。

对于LED屏的“热”设计主要有三方面的内容:第一是减少热源。这包括采用更高效率的灯珠产品,采用更高效的单元供电和驱动设备。第二是增强耐热能力。包括灯珠、电子部件和胶合部件的热老化与热稳定性设计,材料选择等。

第三方面的内容则是主被动散热结构的设计。从被动散热角度讲,包括屏幕前侧的散热效能、空气对流阻力等;屏幕灯珠层背面的导热结构、与通风设备配合下的导热均匀性、箱体内部的热对流死角等。主动散热设计则主要是箱体内的主动空气对流和噪音控制。

此外,LED屏热设计还包括热安全性。即在过热、局部过热情况下的自我保护。包括降低亮度工作、加速强制散热、主动关机保护,以及小间距产品可以采用的半分辨率工作方式。这涉及到传感器和散热控制两部分的内容。

由上分析可见,LED屏的“热设计”是一个综合性很强的领域。但是,热设计确是LED屏应用创新的基础。热稳定程度,关系LED屏的寿命、缺陷率、运维成本等实际应用指标,同时也限制LED屏的可应用环境。

更重要的是,轻薄LED屏和迈普光彩柔性LED屏,都必须建立在高度冗余的热设计之上。轻薄产品具有内在空间小,空气对流不足,内部积热问题更为严重的特点;柔性单元则可能面临材料热老化更为严重、内部对流结构更为复杂的问题。

或者说,面向需求的超薄与柔性化创新,与工程方向的散热设计很大程度上是“效果”与“基础”的关系。没有好的热技术、热材料研究,就没有超薄和柔性化LED屏的发展土壤。

面向产业的创新交流

无论是超薄、柔性还是热设计,LED屏产品都绕不开LED灯珠的技术进步。而国内LED屏行业和灯珠企业处于完全不同的产业单元之内,二者缺乏必要的沟通已经成为阻碍LED屏产品创新的关键。

国内LED屏行业的基本格局具有“原生作坊”的特点。即行业内企业的对立性非常强,企业之间的竞争敌对性明确,企业之间的共同话题和“坐下来”的探讨比较缺乏。导致这一局面形成的原因有三方面:

从历史看,国内LED屏行业是跟随国外产品步伐,以替代进口的方式实现创业型发展的典型行业。这种发展过程中,不需要战略性决策,跟随策略就足以完成方向选择。同时,这种发展过程容易陷入价格为基础的竞争,进而导致企业之间的敌对和不信任感。

从产业空间结构看,国内LED屏市场的规模具有地域化和行业化的色彩。结合国内整体市场规模较大,增长比较迅速,这容易形成很多企业“自顾自”生存和发展,也可以取得很不错成绩的现象。这是后进爆发性大市场所具有的独特之处。

从技术现状看,同质化是比较严重的问题。因此厂商之间交流的基础不强。产品市场上,“项目驱动力”的主导性越来越明确。尤其是大型企业,往往主导高端市场,特别会受到“项目驱动力”的影响。这加大了行业内的竞争隔阂。

以上三个因素导致,国内LED产业虽然规模比较大,但是却没有系统性的行业自律和交流力量。而,LED屏的最核心部件,灯珠产业,却体现出大投入、高资本和技术密集,高产能密集的特点,单一的LED屏企业的策略不足以影响灯珠行业的任何企业的研发和创新方向。在灯珠产品上的“创新后觉”实际是LED屏行业进步发展的最大“结构性阻力”。

无论是超薄还是柔性LED屏,或者热结构设计都离不开灯珠产品的创新。柔性屏幕要求小而高亮的灯珠设计;超薄产品要求灯珠自身轻薄化;热设计则要求灯珠自身具有更高的光效率、更好的热平衡结构、更佳的耐热能力和不同热环境下可靠的工作指标。此外,LED屏行业也面临灯珠部件国产替代的“成本考量”。

事实上,不仅是灯珠产品,包括新兴PCB材料、电子铜材料和技术、LED工艺装备等,都需要LED屏行业有统一的发展方向和战略表述,需要上下游产业之间的沟通和互动。从这个角度看,LED屏行业不仅需要产品创新,也需要整个行业性的“产业结构”创新。