专利名称：一种室外全彩led大屏幕显示单元的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于室外的全彩LED大屏幕显示单元。
背景技术：
LED大屏幕是一种以LED (发光二极管)为发光体制作而成的现代显示平台，具有发 光效率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以及室内外环境适应能力强等特点，已广泛 地应用在金融、交通、体育、广告等领域。目前市场上使用的LED大屏幕，存在以下几 方面的不足一方面根据全彩LED大屏幕的显示特性，由加色法原理可知，将R(红色)、G(绿 色)、B (蓝色)三基色按不同比例混合，可以合成从白到黑各种颜色的光。因此，全彩 LED大屏幕均是采用红色LED发光管、绿色LED发光管和蓝色LED发光管来作为基本的 显示元件。根据色度学理论，白色是衡量LED大屏幕颜色显示是否正常的一个基本指标，称之 为白平衡。即当光线中红色的亮度为21%，绿色的亮度为69%，蓝色的亮度为10%时， 混色后人眼感觉到的是纯白色。因此，为了达到最佳亮度和最低成本，应尽量选择三基色 发光强度大致为3:6:1比例的LED发光管组成一个像素。以往，由于绿色LED的价格较高，且人眼对绿色的颜色宽容量较大，故当时的LED 配比多采用2:1:1，即2红1绿1蓝的模式，对于略显缺乏的绿色成份，大多数企业均采 用提高绿色LED电压(即增加其亮度)的办法，从而实现既减少LED数量的使用(控制 成本)，又可以基本满足白平衡和色还原度的要求。但是随着人们欣赏水平的不断提高，以及LED技术的快速发展，绿色LED的价格己 经可以接受；此外，长期提高LED的使用电压，对其寿命的影响非常大，当绿色LED先 行失效后(相对于其他两种颜色LED)，整个LED显示屏的色彩平衡将遭受毁灭性破坏， 直接导致LED显示屏不能继续使用。由此可知，打破长久以来使用的2:1:1配比非常必要， 充分从色彩还原度等有利于显示效果，并保证LED显示屏正常使用年限及有效延长其寿 命等方面考虑，提出新的配比方案刻不容缓。第二方面目前的LED大屏幕显示屏大多是使用单块LED电路板在现场进行拼装而成， 极易在运输、安装的过程中造成LED电路板的损坏。因此，采用模块化的显示单元作为 LED大屏幕组装部件，十分有利于LED企业的生产规模化、产品规范化及安装、维护的 方便性。同时由于使用环境的复杂多变，不可避免的会受到外界因素的影响，为保证其长 时间稳定运行，常见的防护措施有防水、防腐、防雷、防风、防潮、防冻、防静电等。 根据国家标准SJ/T 11281-2003《LED大屏幕测试方法》和GB4208-93《外壳防护等级(IP 代码)》的规定，室外LED大屏幕外壳防护分为3个等级，其中A级最低，C级最高，如表1所示《其中IP33表示防止直径大于2.5!11111的固体异物进入、防淋水(各垂直面在60度范 围内淋水，无有害影响)；IP54表示防尘(允许在某些规定条件下进入数量有限的灰尘)、防溅水(向外壳各 方向溅水无有害影响)；IP66表示尘密(不允许任何灰尘进入)、防强烈喷水(向外壳各方向强烈喷水无有 害影响)。表1 室外LED大屏幕外壳防护等级A级B级C级室外IP54>F^IP33IP66>F^IP54F2IP66由此可见，在防尘与防水方面，现场拼装的LED大屏幕显然存在很多的缺陷和隐患， 参照C级标准的IP66要求，LED大屏幕的显示单元模块十分有必要采用封闭式的单元箱 体结构，并使用封装绝缘材料对电路板上表面及四周进行灌封，从而最大限度地将整个电 路板及LED发光管的引脚与外界环境隔离，避免各种腐蚀性物质对屏体造成危害。另一方面，目前，通常使用的LED像素表面并没有任何的附加装置，因此在阳光或 者其他外界光照射时，会有比较明显的反光现象，从而造成LED大屏幕对比度的下降， 直接影响显示效果。发明内容本实用新型的目的为克服上述各种缺点，提供一种能够改善LED大屏幕显示效果， 并延长其使用寿命的室外全彩LED大屏幕显示单元。本实用新型的实现方式如下一种用于室外的全彩LED大屏幕显示单元，包括有单元箱体和多块装于其内的LED 电路模块，LED电路模块的电路板上有阵列分布的LED像素点，本实用新型首先提出了 每个LED像素点的配比设计方案，即每个LED像素点由两个红色LED、两个绿色LED 和一个蓝色LED组合构成。最好的是将蓝色LED位于LED像素点中心，两个红色LED 和两个绿色LED分别围绕四周。长久以来，红色LED的使用比例均很大(无论是2:1:1还是2:2:1,红色都占有极大的 比重)，这是由于红色LED的发光强度不高，要保证整个LED显示屏的亮度及色彩平衡， 这一比例就显得十分必要；此外，红色LED的研制最早，工艺最成熟，价格最低，使得 生产者不必为该比例承受过重的成本压力。而与常用的LED配比方案(2:1:1)相比，本实用新型提出的配比设计(2:2:1)改进 之处在于其更加符合白平衡所要求的3:6:1比例。红、绿、蓝三色中绿色非常重要，其占 据了白色69%的亮度，且处于色彩横向排列表的中心，因此在权衡颜色的纯度和价格两 者之间的关系时，绿色应该是着重考虑的对象。而之所以不直接使用白平衡的标准比例， 是由于人眼对绿色的变化最不敏感(相对于红色和蓝色而言，绿色的颜色宽容度最大)， 基于成本的控制考虑，釆用与红色等量的绿色LED,足以在效果与价格方面找到一个平 衡点。此外，随着LED大屏幕的使用，LED的衰减问题不得不引起重视，红、绿、蓝三色 LED比较而言，红色LED的衰减速度最慢，其次是绿色LED，而蓝色LED最快。由此 可见，在LED大屏幕使用一段时间之后，当使用2红1绿1蓝的配比时，蓝色和绿色LED 会先后因为衰减而破坏大屏幕出厂时的颜色配比平衡，从而严重影响大屏幕的显示效果。 由此，适当地增加蓝色和绿色LED的比例似乎十分必要，但事实上人眼对各种颜色的分 辨率并不一致，其中对蓝色的分辨率大概只有对红、绿色分辨率的1/4，并且蓝色LED使 用过多会使大屏幕容易偏紫，实际应用也表明，蓝色实像素点有一定缺失对图像效果影响 也比较小。基于以上各点，本实用新型保持蓝色LED比例不变，适当提高绿色LED比例，采用 2红2绿1蓝配色方案，将十分有效地提高室外全彩LED大屏幕的亮度和对比度，对延 长LED大屏幕的使用寿命，提高显示效果非常有利。进一步，本实用新型对显示单元的防水防尘等结构进行了设计，其方案是在电路板上表面灌有一层完全覆盖电路板表面、及电路板之间、电路板与单元箱体之间所有缝隙和 LED下部2/3的封装绝缘层，封装绝缘层为双组份常温固化环氧灌封料，最后成型后为黑 色固体晶状体。该封装绝缘层使得整个LED大屏幕的显示单元正面仅有LED的发光面与 外界环境接触。这样，可以大幅度强化电子器件的整体性，提高对外来冲击、震动的抵抗 能力；提高元件、电路之间的绝缘性能；避免元件、电路等直接暴露在外界环境中；改善 其防水、防潮等能力。此外，在所述整个单元箱体内的LED电路模块之上安装了反光隔栅罩，反光隔栅罩 由基板和隔栅构成，基板上有与LED电路模块上的LED像素单元一一对应的LED定位 孔，隔栅位于LED定位孔上沿，垂直于基板。这样，在有强光从该方向照射过来时，可 以有效降低其对LED像素点的干扰，减少反光影响，从而提高大屏幕的对比度，进而改 善显示效果。本实用新型的优点在于以LED大屏幕的显示单元作为室外全彩LED大屏幕的组装 个体，便于运输和装配，提高了抗破坏性；采用2:2:1的LED配比，提高了大屏幕的亮度 及对比度，有效地改善室外全彩LED大屏幕的显示效果，并延长LED的使用寿命；使用 封装绝缘层将LED电路模块正面与外界环境隔离，大大降低了屏体受外界因素腐蚀的程 度和减少了维护的工作量，延长了 LED大屏幕的使用寿命；配套的室外反光隔栅罩可以 有效减少强光对LED直接照射的影响，从而提高显示对比度，改善显示效果。
图1为整个室外全彩LED大屏幕显示单元结构示意图； 图2为LED电路模块的正面结构图； 图3是图2中A部的放大图；图4中的(a)图为LED电路模块正面灌注封装绝缘层前的示意图；(b)图为灌注封 装绝缘层后的示意图；图5中(a)图为反光隔栅罩的平面结构图；(b)图为(a)图的A向视图；(c)图为 (a)图的B向视图。
具体实施方式
图1显示了一种用于室外的全彩LED大屏幕显示单元的结构，它主要由单元箱体l、 电路板2、 LED像素点3、封装绝缘层4和反光隔栅罩5等构成，整体结构如图1所示。单元箱体1为铝制长方形框架，后部敞开，具有多个支架以备固定电路板2。箱体的 尺寸可根据需要设计，如采用长105cm、宽35cm，长宽比例为3:1的方式，其内就可安 装6X2共12块LED电路模块，LED电路模块长16cm、宽16cm,各块之间紧密排列， 由螺丝固定在箱体支架上。单元箱体l中底层(即支架以上)为电路板2， LED像素单元3焊接在电路板2上， LED及电路板共同构成LED电路模块，每个模块由8X8个LED像素点构成，其中每个 像素点由2红(R)、 2绿(G)、 1蓝(B)共5个LED构成，电路板上有预留的螺母定位孔6， 如图2和图3所示。电路板2上表面灌有一层完全覆盖电路板表面、及电路板与单元箱体之间所有缝隙和 LED像素点3下部2/3的封装绝缘层4。 LED焊接在电路板2上，定位卡脚7到LED发 光管尚有3mm左右的距离，如图4中的(a)图所示，封装绝缘灌封料组成的封装绝缘层 4则厚约7mm，可以十分有效地将LED定位卡脚及部分LED发光管完全与外界环境隔离， 如图4中的(b)图所示。同时要说明的是，为了提高大屏幕对比度，不对LED造成光干 扰，封装绝缘层为黑色。用作封装绝缘层的电子灌封料主要成分为环氧树脂，标准代号Q/94050/，规格型号 yy-3，为双组份常温固化环氧灌封料，灌封后不需加热即可固化，对设备要求不高，使用 非常方便。基本原理为通过将液态环氧树脂复合物用机械或手工方式灌入装有电子元件、 电路的表面或内部，在常温(或加热)条件下固化成性能优异的热因性高分子绝缘材料。 从图4的(b)图中可以看到，灌入封装绝缘层后，整个LED电路模块正面仅有约1/3的 LED发光面暴露在外，大幅度地提高了防尘、防水、防腐、防风、防潮等能力，可以十 分有效地延长LED大屏幕的使用寿命。室外反光隔栅罩5由基板51和隔栅52组成，安装于封装绝缘层4之上，通过预留的 螺母定位孔54,可以将基板51与电路板2固定成一体。针对每一个LED像素点，基板 51上均对应有一个方形LED定位孔53，同时在阳光照射方向上，LED定位孔53的上沿， 垂直于基板设计有一隔栅52，用以阻挡光线的直接照射。如图5的(a)图、(b)图和(c) 图所示。安装隔栅罩时，各像素点应该与配套的LED定位孔一一对应，从而满足《LED大屏幕测试方法》(SJ/T 11281-2003)中规定的LED大屏幕平整度要求；此外，每一个LED 定位孔上沿(即阳光照射方向)均有一隔栅，在有强光从该方向照射过来时，可以有效降 低其对LED像素点的干扰，减少反光影响，从而提高大屏幕的对比度，进而改善显示效 果。
权利要求1、一种室外全彩LED大屏幕显示单元，包括有单元箱体和多块装于其内的LED电路模块，LED电路模块的电路板上有阵列分布的LED像素点，其特征在于每个LED像素点由两个红色LED、两个绿色LED和一个蓝色LED组合构成。
2、 根据权利要求1所述的室外全彩LED大屏幕显示单元，其特征在于所述LED像素 点的蓝色LED位于中心，两个红色LED和两个绿色LED分别围绕四周。
3、 根据权利要求1或2所述的室外全彩LED大屏幕显示单元，其特征在于所述电路板 上表面灌有一层完全覆盖电路板表面、及电路板之间、电路板与单元箱体之间所有缝 隙和LED下部2/3的封装绝缘层。
4、 根据权利要求3所述的室外全彩LED大屏幕显示单元，所述封装绝缘层为双组份常温 固化环氧灌封料，最后成型后为黑色固体晶状体。
5、 根据权利要求1或2所述的室外全彩LED大屏幕显示单元，其特征在于在所述整个 单元箱体内的LED电路模块之上安装有反光隔栅罩，反光隔栅罩由基板和隔栅构成， 基板上有与LED电路模块上的LED像素单元一一对应的LED定位孔，隔栅位于LED 定位孔上沿，垂直于基板。
专利摘要本实用新型提出一种用于室外的全彩LED大屏幕显示单元，包括单元箱体、电路板、LED像素点、封装绝缘层和室外反光隔栅罩等。每个LED像素点由两个红色LED、两个绿色LED和一个蓝色LED组合构成。单元箱体中的电路板表面灌一层完全覆盖电路板至LED2/3处的封装绝缘层，室外反光隔栅罩位于封装绝缘层之上。本实用新型以显示单元作为组装个体，便于运输和装配；采用2∶2∶1的LED配比，提高大屏幕的亮度及对比度，改善显示效果，并延长使用寿命；使用封装绝缘层将LED电路模块正面与外界环境隔离，大大降低了屏体受外界因素腐蚀的程度；配套的室外反光隔栅罩有效减少强光对LED直接照射的影响，从而提高显示对比度，改善显示效果。
文档编号G09F9/33GK201122399SQ200720125058
公开日2008年9月24日 申请日期2007年8月27日 优先权日2007年8月27日
发明者睿 万, 熹 左, 朱小清, 李志敏, 王晓锋 申请人:重庆大学