王鹏，时大鑫，王鹍
郑州胜龙信息技术股份有限公司，河南郑州，450045
摘要：作为一种常见的显示技术，LED显示已经在人们的工作和生活中得到了广泛的应用。同时，经过多年的不断发展与进步，三维显示技术也已经发展出了多种不同的类型。将两者相结合，使LED显示屏能够显示立体的画面渐渐有了越来越多的需求。本文通过提一种独特的LED灯珠设计，为偏振型三维LED显示提供了一种全新的解决方案。
关键字：三维显示；偏振；LED
中图分类号：TP751.1 文献标志码：A 文章编号：
1引言
三维显示又称为3D（Three-Dimensional）或立体（Stereoscopic）显示，这个概念由19世纪法国物理学家加布里埃尔·李普曼首先提出。正常人的双眼平时所见的任何物象都是三维的，而普通的平面显示器却无法显示深度信息，因此三维显示就是要将平面显示所无法显现的那一维再现出来。
自该理论诞生以来，伴随科技的进步先后出现了种类繁多、各具特色的三维显示技术。对于这些技术可以从不同的角度进行分类，例如按照发光原理、按照其应用、按照其性质、按照是否需要佩戴3D眼镜等来划分。一般按照成像原理可以把三维显示技术分为三种，即：双图像三维 （Double-image 3D）、真三维（True 3D）和全息显示（Holographic display）。而双图像三维又可细分为双色型、电子快门型、偏振型和裸眼型等几种子类型。基本原理是由信源端采集同一物象不同视角的两幅图像（左图像和右图像），分别送入观看者的左眼和右眼，从而在观看者的大脑中产生立体感。其中，双色型、电子快门型和偏振型都需要佩戴3D眼镜，裸眼型不需要佩戴眼镜。
在上述各种三维显示技术中，迄今为止真的得到大规模应用的只有双图像三维这一类，最典型的例子就是立体电影和3D电视。绝大部分立体电影放映设备（包括IMAX）都采用的是偏振型立体投影显示技术。而在3D电视接收机方面，以采用电子快门型的居多，也有个别厂家采用偏振型的。
电子快门型三维显示技术需要观看者佩戴特制的电子眼镜（图1-1），眼镜的左右镜片前端有电子快门控制。快门关闭时图像被遮挡，打开时才可看见前方图像，在任意时刻都是一个镜片开启而另一镜片关闭的状态。快门的控制与显示图像同步，左镜片开启时显示的是左图像，然后右镜片开启显示画面换为右图像，循环往复。
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图1-3 偏振三维显示原理
2偏振型三维LED显示屏
早期的三维显示主要应用于小型显示器，近些年随着LED显示技术的突飞猛进，LED显示屏早已广泛应用于人们工作和生活的方方面面，三维显示技术也逐步在LED大屏幕上获得了越来越多的应用。一般说来，上述几种基于双图像的三维显示技术都可以在LED三维显示中采用，但技术最成熟、应用最多的还是电子快门型和偏振型两种。
电子快门型三维LED屏幕本身就是两维显示屏，只需要把控制系统的帧频率由60Hz增加到120Hz，满足左右图像交替输出即可。利用控制端的发射器控制电子快门眼镜的光阀开关与图像交替同步。其特点是系统构成简单、成本低，生产流程跟普通LED显示屏完全相同。
而偏振型三维LED显示屏相对来说就要复杂多了。由其基本原理可知，偏振型三维LED屏幕必须要将LED发出的光经过两种不同的偏振片后，变成两种不同的偏振光进入人眼。所以需要在普通LED屏幕前方加装偏振结构，使LED发出的光线变为偏振光。这就要求生产设备和工艺流程都必须进行相应的增加和调整，增加偏振膜裁切以及敷装工艺。
加工过程中，将LED显示屏的单元模组分成若干行（列），要求所有奇数行（列）LED的表面贴同一种偏振方向的偏振膜，所有偶数行（列）LED的表面贴与奇数行（列）相反偏振方向的偏振膜。首先将整张偏振膜按照单元模组的尺寸裁切成片。而后将每一片偏振膜按照行或者列的宽度裁切成条。再将每条偏振膜敷装在单元模组的奇数行（列）灯上面，同时另一种偏振膜敷装在偶数行（列）灯上面。最后将偏振膜在模组表面固定牢固。由此也带来了一些生产过程中难以克服的问题。
1、偏振膜裁切精度要求高。当前LED显示屏技术正向高密度、小间距的方向发展，主流显示屏的点间距普遍在4mm以下，小间距的灯中心距甚至只有0.9mm。在这种情况下，就要求偏振膜要裁切成不足4mm甚至更窄的条状，这对裁切设备的精度提出了很高的要求。目前，采用机械切割或者激光切割只能做到2mm左右的膜条，这就大大制约了偏振型三维显示在小间距显示屏上面的应用。
2、生产工艺复杂，涉及结构、材料等多个学科。要让很窄的偏振膜条，能够牢固的固定在模组表面，同时采用的方法又不能影响膜条的偏振特性。这对安装结构、固定方式、粘接材料等一系列环节都提出了挑战。
3、生产效率低，产品不良率高。要在显示屏表面逐行（列）或逐个粘贴偏振膜，而且还要保证不能弄错偏振膜的偏振方向，工作量非常大，即便是采用自动生产线，生产效率也相当低下（尤其是对于棋盘格型的立体LED显示屏，几乎不可实现），且产品的良品率低，质量难以保证。
上述这些存在的问题，大大限制了偏振型三维显示技术在LED显示屏上的应用，偏振型三维显示所能带来的立体感强、画面无闪烁、眼镜简单不需要维护等优势也难以体现出来。
3偏振型LED灯珠
针对上述问题，我们总结多年LED生产经验，跳出传统思维，独辟蹊径，从器件的角度进行解决。提出了一种发出偏振光的贴片LED灯珠及其批量制作的方法，使LED灯珠本身可以发出偏振光，而后将相同偏振方向的灯珠向编带在一起，方便加工过程中将相同偏振方向的灯珠焊接在同一行（列）中甚至间隔焊接，提高了生产效率。
在LED灯珠生产过程中，在LED发光晶片的上方水平设置一层偏振膜，贴片LED灯珠支架的内底面和偏振膜的下表面之间的空隙处充满固化的第一透光胶。偏振膜的上表面上设有一层固化的第二透光胶或透光膜。第二透光胶的材质为环氧树脂﹑硅胶﹑UV胶或其它透光填充介质；透光膜为AGAR膜。
如果LED发光晶片为正装晶片时，晶片通过导电胶或绝缘胶固定在贴片LED灯珠支架的内底面上，晶片和贴片LED灯珠支架的内底面之间连接有导线，导线位于偏振膜的下方；导电胶为银胶；导线为金线、合金线、铜线或其它金属线。如果当LED发光晶片为倒装晶片时，晶片焊接在贴片LED灯珠支架的内底上。
主要工艺流程为：
步骤1﹑在贴片LED灯珠支架矩阵中的每个灯珠支架内底面上安装LED发光晶片，并将晶片的电极与支架内底面上的导电区域连接在一起，形成电通路；
步骤2﹑用烤箱或烘箱对半成品进行预热，将其加热到适宜的温度，便于第一透光胶与灯珠支架更好地结合，避免封装过程中产生气泡等杂质；
步骤3﹑使用点胶机向每个灯珠支架内填充第一透光胶，将发光晶片都浸没在胶体中，并使胶体表面水平；
步骤4﹑对半成品进行烘烤，使胶体固化；
步骤5、偏振膜矩阵采用带有第一底膜的整张偏振膜制作而成，整张偏振膜通过其下表面的粘胶与第一底膜粘贴在一起，偏振膜矩阵的制作方法为：将带有第一底膜的整张偏振膜放入裁切机中，按照预先设定的程序将整张偏振膜裁成行列整齐排列的小块偏振膜，形成偏振膜矩阵，偏振膜矩阵中的每个小块偏振膜的形状和尺寸（小块偏振膜可以是正方形﹑长方形、圆形或多边形，小块偏振膜的表面积从0.1平方毫米左右到十几个平方毫米不等）与贴片LED灯珠支架的形状和尺寸匹配，第一底膜没有被裁切，偏振膜矩阵粘贴在第一底膜的上表面上；
选用带有第一底膜的整张偏振膜时，不应选用与整张偏振膜之间的粘贴力太强的第一底膜，以影响小块偏振膜的提取。裁切整张偏振膜时，控制裁切机的裁切深度，使其不裁到第一底膜，保持第一底膜的完整。第一底膜为扩张膜，偏振膜矩阵制作好后，再采用扩张机将扩张膜均匀扩张，使附着在扩张膜表面紧密排列的小块偏振膜均匀分开；这样更加有利于小块偏振膜的提取。
步骤6﹑使用贴片机一一提取偏振膜矩阵中的每个小块偏振膜，并粘贴在灯珠支架内的第一透光胶的表面，形成第一透光胶表面的偏振膜；
步骤7、使用点胶机向每个贴片LED灯珠支架内的偏振膜上覆盖一层第二透光胶，然后进行烘烤或紫外线照射，使每个贴片LED灯珠支架内的第二透光胶固化。第二透光胶不仅透光，还起到保护偏振膜的作用。
第二透光胶的材质为环氧树脂﹑硅胶或UV胶；环氧树脂和硅胶通过烘烤固化，UV胶通过紫外线照射固化。由于偏振膜的温度超过一定值时会发生“失偏”，即失去偏振功能，因此，烘烤时的温度和时间要跟据偏振膜的特性进行精确控制，不能超过偏振膜的耐受温度和时间。
步骤8﹑将各贴片LED灯珠支架分离，形成一个个独立的贴片LED灯珠；
步骤9﹑通过在分光机上设置各类不同的参数（亮度、电压、色温、光通量等），可以将贴片LED灯珠分成多个等级和型号；
步骤10﹑采用编带机将不同类型的贴片LED灯珠分别编带。
由于贴片LED灯珠支架上设有识别方向的标记，因此，编带出来的各贴片LED灯珠的偏振方向均一致。
4 偏振型LED灯珠的优势
（1）大大提高偏振型三维LED显示技术的应用范围
传统偏振膜裁切和敷贴工艺受精度和尺寸制约，越是间距小、密度高的LED显示屏，加工使用的难度越大。在LED显示向小间距高密度发展的大趋势下，这也严重影响了三维LED显示技术的应用。而使用偏振型LED灯珠，很好地解决了这一难题。特别是针对“棋盘格”式偏振型三维LED显示屏的生产来说，使原来几乎不可能的事成为可能。
（2）简化生产流程，提高劳动生产率
将偏振膜安置在贴片LED灯珠内，工作时可自行发出偏振光，使用该贴片LED灯珠制作立体LED显示屏时，不用再在LED灯珠表面贴偏振膜，减少了制作工序，制作简单方便，有效提高了立体LED显示屏的生产效率。
（3）提高产品的质量和良品率
传统工艺流程中，很多工序需要人工完成、人工干预、人工检测，这就导致产品不良率升高，带来产品质量问题，进而引起生产成本增加。采用偏振型LED灯珠，整个生产流程自动化程度大大提高，人工干预环节减少到最少，提高了产品质量，降低了成本。
（4）增强显示效果
传统工艺流程下，偏振膜成条敷设于显示屏表面，由于偏振膜本身是镜面的极易反光，因此显示屏很容易受到周围环境光照的影响产生眩光，影响观看效果。采用偏振型LED灯珠，在保证偏振效果的前提下，大大减小了偏振膜覆盖的面积，使眩光影响大为减小。同时也减少了偏振膜的使用量，节约了成本。
4总结
在三维LED显示系统中采用偏振型LED灯珠，不仅能够简化生产流程，提高生产效率，同时也提高了产品质量，降低了生产成本。使得在高密度、小间距条件下，实现偏振型三维LED显示成为可能，具有很高的实用性和商业价值。
参考文献：
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