LED小間距的優(yōu)勢(shì)

　　LED顯示屏相比其他顯示技術(shù)，具有自發(fā)光、顏色復(fù)原度優(yōu)良、刷新率高、省電、易于維護(hù)等優(yōu)勢(shì)。高亮度、經(jīng)過(guò)拼接可完成超大尺寸這兩個(gè)特性，是LED顯示屏在過(guò)去二十年高速增長(zhǎng)的決議性要素。在超大屏幕室外顯示范疇，迄今還沒(méi)有其他技術(shù)可以與LED顯示技術(shù)相抗衡。

　　但是在過(guò)去，LED顯示屏也有其缺乏，比方封裝燈珠之間間距大，形成分辨率較低，不合適室內(nèi)和近間隔觀(guān)看。為了進(jìn)步分辨率，必需減少燈珠之間間距，但是燈珠的尺寸減少，固然可以提升整屏分辨率，本錢(qián)也會(huì)快速上升，過(guò)高的本錢(qián)影響了小間距LED顯示屏的大范圍商業(yè)應(yīng)用。

　　近幾年來(lái)，借助于芯片制造和封裝廠(chǎng)商、IC電路廠(chǎng)商和屏幕制造廠(chǎng)商等的多方努力，單封裝器件本錢(qián)越來(lái)越低，LED封裝器件越來(lái)越小，顯示屏像素間距越來(lái)越小、分辨率越來(lái)越高，使得小間距LED顯示屏在戶(hù)內(nèi)大屏顯示方面的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越明顯。

　　目前，小間距LED主要應(yīng)用于廣告?zhèn)髅?、體育場(chǎng)館、舞臺(tái)背景、市政工程等范疇，并且在交通、播送、軍隊(duì)等范疇不時(shí)開(kāi)辟市場(chǎng)。估計(jì)到2018年，市場(chǎng)范圍接近百億。能夠預(yù)測(cè)，在將來(lái)幾年內(nèi)，小間距LED顯示屏將不時(shí)擴(kuò)展市場(chǎng)份額，并擠占DLP背投的市場(chǎng)空間。

　　一、小間距LED顯示屏對(duì)LED芯片提出的需求

　　作為L(zhǎng)ED顯示屏中心的LED芯片，在小間距LED開(kāi)展過(guò)程中起到了至關(guān)重要的作用。小間距LED顯示屏目前的成就和將來(lái)的開(kāi)展，都依賴(lài)于芯片端的不懈努力。

　　一方面，戶(hù)內(nèi)顯示屏點(diǎn)間距從早期的P4，逐漸減小到P1.5，P1.0，還有開(kāi)發(fā)中的P0.8。與之對(duì)應(yīng)的，燈珠尺寸從3535、2121減少到1010，有的廠(chǎng)商開(kāi)發(fā)出0808、0606尺寸，以至有廠(chǎng)商正在研發(fā)0404尺寸。

　　眾所周知，封裝燈珠的尺寸減少，必然請(qǐng)求芯片尺寸的減少。目前，市場(chǎng)常見(jiàn)小間距顯示屏用藍(lán)綠芯片的外表積為30mil2左右，局部芯片廠(chǎng)曾經(jīng)在量產(chǎn)25mil2，以至20mil2的芯片。

　　另一方面，芯片外表積的變小，單芯亮度的降落，一系列影響顯示質(zhì)量的問(wèn)題也變得突出起來(lái)。

　　首先是關(guān)于灰度的請(qǐng)求。與戶(hù)外屏不同，戶(hù)內(nèi)屏需求的難點(diǎn)不在于亮度而在于灰度。目前戶(hù)內(nèi)大間距屏的亮度需求是1500cd/m2-2000cd/m2左右，小間距LED顯示屏的亮度普通在600cd/m2-800cd/m2左右，而適合于長(zhǎng)期矚目的顯示屏最佳亮度在100cd/m2-300cd/m2左右。

　　目前小間距LED屏幕的難題之一是“低亮低灰”。即在低亮度下的灰度不夠。要完成“低亮高灰”，目前封裝端采用的計(jì)劃是黑支架。由于黑支架對(duì)芯片的反光偏弱，所以請(qǐng)求芯片有足夠的亮度。

　　其次是顯示平均性問(wèn)題。與常規(guī)屏相比，間距變小會(huì)呈現(xiàn)余輝、第一掃偏暗、低亮偏紅以及低灰不平均等問(wèn)題。目前，針對(duì)余輝、第一掃偏暗和低灰偏紅等問(wèn)題，封裝端和IC控制端都做出了努力，有效的減緩了這些問(wèn)題，低灰度下的亮度平均問(wèn)題也經(jīng)過(guò)逐點(diǎn)校正技術(shù)有所緩解。但是，作為問(wèn)題的本源之一，芯片端更需求付出努力。詳細(xì)來(lái)說(shuō)，就是小電流下的亮度平均性要好，寄生電容的分歧性要好。

　　第三是牢靠性問(wèn)題?，F(xiàn)行行業(yè)規(guī)范是LED死燈率允許值為萬(wàn)分之一，顯然不適用于小間距LED顯示屏。由于小間距屏的像素密度大，觀(guān)看間隔近，假如一萬(wàn)個(gè)就有1個(gè)死燈，其效果令人無(wú)法承受。將來(lái)死燈率需求控制在十萬(wàn)分之一以至是百萬(wàn)分之一才干滿(mǎn)足長(zhǎng)期運(yùn)用的需求。

　　總的來(lái)說(shuō)，小間距LED的開(kāi)展，對(duì)芯片段提出的需求是：尺寸減少，相對(duì)亮度提升，小電流下亮度分歧性好，寄生電容分歧性好，牢靠性高。

　　二、芯片端的處理計(jì)劃

　　1.尺寸減少芯片尺寸減少

　　外表上看，就是幅員設(shè)計(jì)的問(wèn)題，似乎只需依據(jù)需求設(shè)計(jì)更小的幅員就能處理。但是，芯片尺寸的減少能否能無(wú)限的停止下去呢?答案能否定的。有如下幾個(gè)緣由限制著芯片尺寸減少的水平：

　　(1)封裝加工的限制。封裝加工過(guò)程中，兩個(gè)要素限制了芯片尺寸的減少。一是吸嘴的限制。固晶需求汲取芯片，芯片短邊尺寸必需大于吸嘴內(nèi)徑。目前有性?xún)r(jià)比的吸嘴內(nèi)徑為80um左右。二是焊線(xiàn)的限制。首先是焊線(xiàn)盤(pán)即芯片電極必需足夠大，否則焊線(xiàn)牢靠性不能保證，業(yè)內(nèi)報(bào)道最小電極直徑45um;其次是電極之間的間距必需足夠大，否則兩次焊線(xiàn)間必然會(huì)互相干擾。

　　(2)芯片加工的限制。芯片加工過(guò)程中，也有兩方面的限制。其一是幅員規(guī)劃的限制。除了上述封裝端的限制，電極大小，電極間距有請(qǐng)求外，電極與MESA間隔、劃道寬度、不同層的邊境線(xiàn)間距等都有其限制，芯片的電流特性、SD工藝才能、光刻的加工才能決議了詳細(xì)限制的范圍。通常，P電極到芯片邊緣的最小間隔會(huì)限定在14μm以上。

　　其二是劃裂加工才能的限制。SD劃片+機(jī)械裂片工藝都有極限，芯片尺寸過(guò)小可能無(wú)法裂片。當(dāng)晶圓片直徑從2英寸增加到4英寸、或?qū)?lái)增加到6英寸時(shí)，劃片裂片的難度是隨之增加的，也就是說(shuō)，可加工的芯片尺寸將隨之增大。以4寸片為例，假如芯片短邊長(zhǎng)度小于90μm，長(zhǎng)寬比大于1.5:1的，良率的損失將顯著增加。

　　基于上述緣由，筆者大膽預(yù)測(cè)，芯片尺寸減少到17mil2后，芯片設(shè)計(jì)和工藝加工才能接近極限，根本再無(wú)減少空間，除非芯片技術(shù)計(jì)劃有大的打破。

　　2.亮度提升

　　亮度提升是芯片端永久的主題。芯片廠(chǎng)經(jīng)過(guò)外延程式優(yōu)化提升內(nèi)量子效應(yīng)，經(jīng)過(guò)芯片構(gòu)造調(diào)整提升外量子效應(yīng)。

　　不過(guò)，一方面芯片尺寸減少必然招致發(fā)光區(qū)面積減少，芯片亮度降落。另一方面，小間距顯示屏的點(diǎn)間距減少，對(duì)單芯片亮度需求有降落。兩者之間是存在互補(bǔ)的關(guān)系，但要留有底線(xiàn)。目前芯片端為了降低本錢(qián)，主要是在構(gòu)造上做減法，這通常要付出亮度降低的代價(jià)，因而，如何權(quán)衡取舍是業(yè)者要留意的問(wèn)題。

　　3.小電流下的分歧性

　　所謂的小電流，是相對(duì)常規(guī)戶(hù)內(nèi)、戶(hù)外芯片試用的電流來(lái)說(shuō)的。如下圖所示的芯片I-V曲線(xiàn)，常規(guī)戶(hù)內(nèi)、戶(hù)外芯片工作于線(xiàn)性工作區(qū)，電流較大。而小間距LED芯片需求工作于靠近0點(diǎn)的非線(xiàn)性工作區(qū)，電流偏小。

　　在非線(xiàn)性工作區(qū)，LED芯片受半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)閾值影響，芯片間的差別更明顯。對(duì)大批量芯片停止亮度和波長(zhǎng)的離散性的剖析，容易看到非線(xiàn)性工作區(qū)的離散性遠(yuǎn)大于線(xiàn)性工作區(qū)。這是目前芯片端的固有應(yīng)戰(zhàn)。

　　應(yīng)對(duì)這個(gè)問(wèn)題的方法首先是外延方向的優(yōu)化，以降低線(xiàn)性工作區(qū)下限為主;其次是芯片分光上的優(yōu)化，將不同特性芯片辨別開(kāi)來(lái)。

　　4.寄生電容分歧性

　　目前芯片端沒(méi)有條件直接丈量芯片的電容特性。電容特性與常規(guī)丈量項(xiàng)目之間的關(guān)系尚不明朗，有待業(yè)者去總結(jié)。芯片端優(yōu)化的方向一是外延上調(diào)整，一是電性分檔上的細(xì)化，但本錢(qián)很高，不引薦。

　　5.牢靠性

　　芯片端牢靠性能夠用芯片封裝和老化過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)來(lái)描繪。但總的說(shuō)來(lái)，芯片上屏以后的牢靠性的影響要素，重點(diǎn)在ESD和IR兩項(xiàng)。

　　ESD是指抗靜電才能。據(jù)IC行業(yè)報(bào)道，50%以上芯片的失效與ESD有關(guān)。要進(jìn)步芯片牢靠性，必需提升ESD才能。但是，在相同外延片，相同芯片構(gòu)造的條件下，芯片尺寸變小必然帶來(lái)ESD才能的削弱。這是與電流密度和芯片電容特性直接相關(guān)的，無(wú)法抗拒

　　IR是指反向漏電，通常是在固定反向電壓下丈量芯片的反向電流值。IR反映的是芯片內(nèi)部缺陷的數(shù)量。IR值越大，則闡明芯片內(nèi)部缺陷越多。

　　要提升ESD才能和IR表現(xiàn)，必需在外延構(gòu)造和芯片構(gòu)造方面做出更多優(yōu)化。在芯片分檔時(shí)，經(jīng)過(guò)嚴(yán)厲的分檔規(guī)范，能夠有效的把ESD才能和IR表現(xiàn)較弱的芯片剔除掉，從而提升芯片上屏后的牢靠性。

　　四、總結(jié)

　　綜上，隨著科學(xué)的進(jìn)步，時(shí)期的更新，LED顯示行業(yè)的開(kāi)展也越來(lái)越群眾，但顯示屏的行業(yè)效果終究如何提升，還待業(yè)者發(fā)揮聰明才智，持續(xù)不時(shí)的努力。