LED顯(xian)示屏(ping)相(xiang)比其他顯(xian)示技術(shu)，具(ju)有自發光(guang)、顏色復原(yuan)度(du)優良、刷新率高(gao)、省電(dian)、易于維護等優勢。高(gao)亮度(du)、經過(guo)(guo)拼(pin)接可完(wan)成超大尺寸(cun)這兩個特性(xing)(xing)，是(shi)LED顯(xian)示屏(ping)在過(guo)(guo)去二十年(nian)高(gao)速增長的(de)決(jue)議性(xing)(xing)要素(su)。在超大屏(ping)幕室(shi)外(wai)顯(xian)示范疇，迄今還(huan)沒有其他技術(shu)可以(yi)與LED顯(xian)示技術(shu)相(xiang)抗衡。
但是在過去，LED顯示屏也有其缺乏(fa)，比方封裝燈珠之間間距大(da)，形(xing)成(cheng)分(fen)辨(bian)(bian)率(lv)較低(di)，不合適室內和(he)近間隔觀看。為了進步(bu)分(fen)辨(bian)(bian)率(lv)，必需減少(shao)燈珠之間間距，但是燈珠的尺寸減少(shao)，固然可以提升(sheng)整屏分(fen)辨(bian)(bian)率(lv)，本錢(qian)也會快速上升(sheng)，過(guo)高的本錢(qian)影(ying)響了小間距LED顯示(shi)屏的大(da)范圍商業應(ying)用(yong)。
近幾(ji)年來(lai)，借助于芯片(pian)制造(zao)和封裝廠(chang)商、IC電路廠(chang)商和屏幕制造(zao)廠(chang)商等的多方努(nu)力，單封裝器件(jian)(jian)本錢越(yue)來(lai)越(yue)低(di)，LED封裝器件(jian)(jian)越(yue)來(lai)越(yue)小(xiao)，顯示(shi)屏像素間(jian)距(ju)越(yue)來(lai)越(yue)小(xiao)、分辨率越(yue)來(lai)越(yue)高，使得小(xiao)間(jian)距(ju)LED顯示(shi)屏在(zai)戶內(nei)大(da)屏顯示(shi)方面的優勢越(yue)來(lai)越(yue)明(ming)顯。
目前，小間距LED主(zhu)要(yao)應用于廣(guang)告傳媒、體育場館、舞臺(tai)背景、市(shi)(shi)政(zheng)工程等(deng)范疇(chou)，并(bing)且在(zai)交通、播送(song)、軍隊(dui)等(deng)范疇(chou)不(bu)(bu)時開辟市(shi)(shi)場。估計(ji)到(dao)2018年，市(shi)(shi)場范圍接近百億。能(neng)夠預(yu)測，在(zai)將(jiang)來(lai)幾年內，小間距LED顯示屏將(jiang)不(bu)(bu)時擴展(zhan)市(shi)(shi)場份額，并(bing)擠占DLP背投的市(shi)(shi)場空間。
一、小(xiao)間距LED顯(xian)示屏對(dui)LED芯片提出(chu)的(de)需求
作為(wei)LED顯示(shi)屏中(zhong)心的(de)(de)(de)LED芯片，在小間距LED開(kai)展過(guo)程中(zhong)起(qi)到了至關重要的(de)(de)(de)作用。小間距LED顯示(shi)屏目前(qian)的(de)(de)(de)成就和將來的(de)(de)(de)開(kai)展，都依(yi)賴于芯片端的(de)(de)(de)不懈努力。
一(yi)方面，戶內顯(xian)示屏點間距從早期的(de)(de)P4，逐漸減小到P1.5，P1.0，還有(you)開發(fa)中的(de)(de)P0.8。與之對應(ying)的(de)(de)，燈珠尺寸(cun)(cun)(cun)從3535、2121減少到1010，有(you)的(de)(de)廠商開發(fa)出(chu)0808、0606尺寸(cun)(cun)(cun)，以至有(you)廠商正在(zai)研(yan)發(fa)0404尺寸(cun)(cun)(cun)。
眾所周知(zhi)，封(feng)裝燈珠的尺(chi)寸減少(shao)，必然請求芯片(pian)(pian)尺(chi)寸的減少(shao)。目前，市場常見小間距(ju)顯示屏用藍(lan)綠芯片(pian)(pian)的外(wai)表積為30mil2左右，局部芯片(pian)(pian)廠曾經在量產25mil2，以(yi)至20mil2的芯片(pian)(pian)。
另一方(fang)面(mian)，芯片外表積的變小，單芯亮度的降落，一系(xi)列影響顯(xian)示(shi)質量的問題也(ye)變得(de)突出起來。
首先是關于(yu)灰度(du)(du)的請(qing)求(qiu)。與戶外屏(ping)不同，戶內屏(ping)需求(qiu)的難點不在(zai)于(yu)亮(liang)度(du)(du)而在(zai)于(yu)灰度(du)(du)。目(mu)前戶內大間(jian)距屏(ping)的亮(liang)度(du)(du)需求(qiu)是1500cd/m2-2000cd/m2左右(you)，小間(jian)距LED顯示屏(ping)的亮(liang)度(du)(du)普通在(zai)600cd/m2-800cd/m2左右(you)，而適合于(yu)長期矚目(mu)的顯示屏(ping)最(zui)佳亮(liang)度(du)(du)在(zai)100cd/m2-300cd/m2左右(you)。
目前小(xiao)間(jian)距LED屏幕的(de)(de)難(nan)題(ti)之一是“低(di)(di)亮(liang)(liang)低(di)(di)灰”。即在(zai)低(di)(di)亮(liang)(liang)度(du)下的(de)(de)灰度(du)不夠(gou)(gou)。要完(wan)成(cheng)“低(di)(di)亮(liang)(liang)高灰”，目前封(feng)裝(zhuang)端采用的(de)(de)計劃是黑(hei)支架(jia)。由于(yu)黑(hei)支架(jia)對芯片(pian)的(de)(de)反(fan)光偏弱(ruo)，所(suo)以請求芯片(pian)有足(zu)夠(gou)(gou)的(de)(de)亮(liang)(liang)度(du)。
其次是(shi)顯示平均(jun)性(xing)問(wen)(wen)(wen)題。與常規屏相比，間距變小會呈現余(yu)(yu)輝、第一(yi)掃偏(pian)暗、低(di)(di)亮偏(pian)紅(hong)以及低(di)(di)灰不平均(jun)等(deng)問(wen)(wen)(wen)題。目前(qian)，針對余(yu)(yu)輝、第一(yi)掃偏(pian)暗和(he)低(di)(di)灰偏(pian)紅(hong)等(deng)問(wen)(wen)(wen)題，封裝端(duan)和(he)IC控制端(duan)都做出(chu)了(le)努(nu)力，有效(xiao)的減緩了(le)這些問(wen)(wen)(wen)題，低(di)(di)灰度下(xia)的亮度平均(jun)問(wen)(wen)(wen)題也(ye)經過逐點(dian)校(xiao)正技術有所緩解。但是(shi)，作為問(wen)(wen)(wen)題的本源之一(yi)，芯(xin)片端(duan)更需求付出(chu)努(nu)力。詳細來(lai)說，就(jiu)是(shi)小電流下(xia)的亮度平均(jun)性(xing)要好，寄生電容的分歧(qi)性(xing)要好。
第三是(shi)(shi)牢靠性問題。現行行業規范是(shi)(shi)LED死(si)(si)燈率(lv)(lv)允許值為(wei)萬(wan)分(fen)之一(yi)(yi)(yi)，顯然不適用于小(xiao)間(jian)距LED顯示(shi)屏。由于小(xiao)間(jian)距屏的(de)像素(su)密度大，觀看(kan)間(jian)隔近，假如(ru)一(yi)(yi)(yi)萬(wan)個就有1個死(si)(si)燈，其效果令人無(wu)法承受。將來死(si)(si)燈率(lv)(lv)需(xu)求控制在(zai)十萬(wan)分(fen)之一(yi)(yi)(yi)以(yi)至是(shi)(shi)百萬(wan)分(fen)之一(yi)(yi)(yi)才干(gan)滿(man)足長期運用的(de)需(xu)求。
總的(de)來說，小(xiao)間距(ju)LED的(de)開展，對芯片段提出(chu)的(de)需(xu)求是：尺寸(cun)減(jian)少(shao)，相對亮度(du)提升，小(xiao)電(dian)(dian)流(liu)下亮度(du)分(fen)歧(qi)性(xing)好(hao)，寄生電(dian)(dian)容分(fen)歧(qi)性(xing)好(hao)，牢靠(kao)性(xing)高。
二、芯片端的處理計劃
1.尺寸減少芯片尺寸減少
外表上看，就是幅員(yuan)設計的(de)(de)問題，似乎只需依(yi)據需求(qiu)設計更小的(de)(de)幅員(yuan)就能(neng)處理。但是，芯片尺寸的(de)(de)減少能(neng)否(fou)能(neng)無限(xian)的(de)(de)停止下(xia)去呢?答案能(neng)否(fou)定的(de)(de)。有(you)如下(xia)幾個緣由限(xian)制著芯片尺寸減少的(de)(de)水平：
(1)封裝(zhuang)加工的(de)限(xian)制。封裝(zhuang)加工過程中，兩(liang)個(ge)要素限(xian)制了芯(xin)片(pian)尺(chi)寸的(de)減少。一是(shi)吸嘴(zui)的(de)限(xian)制。固(gu)晶(jing)需(xu)求汲取芯(xin)片(pian)，芯(xin)片(pian)短邊尺(chi)寸必(bi)需(xu)大于(yu)吸嘴(zui)內徑。目前有性(xing)價比的(de)吸嘴(zui)內徑為80um左右。二是(shi)焊(han)線(xian)的(de)限(xian)制。首先是(shi)焊(han)線(xian)盤即芯(xin)片(pian)電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)必(bi)需(xu)足夠(gou)(gou)大，否則焊(han)線(xian)牢靠性(xing)不能保證，業內報道最小電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)直徑45um;其次是(shi)電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)之(zhi)間的(de)間距必(bi)需(xu)足夠(gou)(gou)大，否則兩(liang)次焊(han)線(xian)間必(bi)然會互相干擾。
(2)芯片加工(gong)的(de)(de)限(xian)制。芯片加工(gong)過程(cheng)中，也(ye)有(you)兩方面的(de)(de)限(xian)制。其一是幅員規劃的(de)(de)限(xian)制。除了上述封裝端的(de)(de)限(xian)制，電極(ji)大小(xiao)(xiao)，電極(ji)間(jian)(jian)距(ju)(ju)有(you)請(qing)求外，電極(ji)與MESA間(jian)(jian)隔(ge)、劃道寬(kuan)度(du)、不同層(ceng)的(de)(de)邊境線間(jian)(jian)距(ju)(ju)等都有(you)其限(xian)制，芯片的(de)(de)電流(liu)特性、SD工(gong)藝才能、光刻(ke)的(de)(de)加工(gong)才能決(jue)議了詳細(xi)限(xian)制的(de)(de)范圍。通常，P電極(ji)到芯片邊緣的(de)(de)最小(xiao)(xiao)間(jian)(jian)隔(ge)會限(xian)定在14μm以上。
其二是(shi)劃(hua)裂加工(gong)(gong)才能的(de)(de)(de)限(xian)制。SD劃(hua)片(pian)(pian)(pian)+機械裂片(pian)(pian)(pian)工(gong)(gong)藝都有極限(xian)，芯片(pian)(pian)(pian)尺(chi)寸(cun)過小可能無法裂片(pian)(pian)(pian)。當晶圓(yuan)片(pian)(pian)(pian)直徑從2英(ying)寸(cun)增加到(dao)4英(ying)寸(cun)、或將來(lai)增加到(dao)6英(ying)寸(cun)時(shi)，劃(hua)片(pian)(pian)(pian)裂片(pian)(pian)(pian)的(de)(de)(de)難度是(shi)隨之增加的(de)(de)(de)，也就是(shi)說(shuo)，可加工(gong)(gong)的(de)(de)(de)芯片(pian)(pian)(pian)尺(chi)寸(cun)將隨之增大。以4寸(cun)片(pian)(pian)(pian)為(wei)例，假如芯片(pian)(pian)(pian)短邊(bian)長度小于90μm，長寬比大于1.5:1的(de)(de)(de)，良率的(de)(de)(de)損(sun)失將顯著增加。
基于上述(shu)緣由，筆者(zhe)大膽(dan)預(yu)測，芯(xin)片尺寸(cun)減少到(dao)17mil2后(hou)，芯(xin)片設計(ji)和工藝加工才能接近極限，根本再無減少空(kong)間，除非芯(xin)片技術計(ji)劃有大的打破(po)。
2.亮度提升
亮(liang)度提(ti)升(sheng)是(shi)芯(xin)片(pian)(pian)端永久的主題。芯(xin)片(pian)(pian)廠(chang)經過外延(yan)程式優化提(ti)升(sheng)內量子效應，經過芯(xin)片(pian)(pian)構造調整提(ti)升(sheng)外量子效應。
不過(guo)，一方面芯(xin)(xin)片(pian)尺(chi)寸減少(shao)必然招致發(fa)光區面積(ji)減少(shao)，芯(xin)(xin)片(pian)亮(liang)度降落。另(ling)一方面，小間(jian)距顯示屏的點間(jian)距減少(shao)，對單芯(xin)(xin)片(pian)亮(liang)度需求有(you)降落。兩者之間(jian)是(shi)存(cun)在互補的關系，但(dan)要留有(you)底線。目前芯(xin)(xin)片(pian)端為了降低(di)本錢，主要是(shi)在構(gou)造上做減法，這(zhe)通常(chang)要付出亮(liang)度降低(di)的代(dai)價，因而，如何權衡(heng)取舍是(shi)業者要留意的問題。
3.小(xiao)電流下的分(fen)歧性(xing)
所(suo)謂的(de)小(xiao)電(dian)流(liu)，是相對常(chang)規戶(hu)(hu)內、戶(hu)(hu)外芯(xin)片(pian)試用的(de)電(dian)流(liu)來說的(de)。如下圖(tu)所(suo)示的(de)芯(xin)片(pian)I-V曲線，常(chang)規戶(hu)(hu)內、戶(hu)(hu)外芯(xin)片(pian)工作(zuo)(zuo)于線性(xing)工作(zuo)(zuo)區(qu)，電(dian)流(liu)較大(da)。而小(xiao)間距LED芯(xin)片(pian)需(xu)求工作(zuo)(zuo)于靠近(jin)0點的(de)非線性(xing)工作(zuo)(zuo)區(qu)，電(dian)流(liu)偏小(xiao)。
在非線性(xing)工作區(qu)，LED芯(xin)片(pian)受半導體開關(guan)閾值影響，芯(xin)片(pian)間(jian)的(de)(de)差別更明(ming)顯。對(dui)大批量(liang)芯(xin)片(pian)停止亮度(du)和(he)波長的(de)(de)離(li)散性(xing)的(de)(de)剖析，容(rong)易看到非線性(xing)工作區(qu)的(de)(de)離(li)散性(xing)遠(yuan)大于線性(xing)工作區(qu)。這是目(mu)前芯(xin)片(pian)端(duan)的(de)(de)固有(you)應(ying)戰。
應對這個問題的方法首先(xian)是(shi)(shi)外延方向(xiang)的優化，以(yi)降低線性(xing)工作(zuo)區下限(xian)為主;其(qi)次(ci)是(shi)(shi)芯片分光(guang)上(shang)的優化，將不同特性(xing)芯片辨(bian)別開來(lai)。
4.寄生電容分歧性
目(mu)前芯片(pian)端沒有(you)條件直接丈量芯片(pian)的(de)電容特(te)性。電容特(te)性與(yu)常(chang)規(gui)丈量項目(mu)之間的(de)關系尚不明朗(lang)，有(you)待業者去總結。芯片(pian)端優化的(de)方(fang)向一是(shi)外延上調整，一是(shi)電性分檔上的(de)細化，但(dan)本錢很高，不引薦。
5.牢靠性
芯片(pian)端牢(lao)靠性(xing)能夠用芯片(pian)封(feng)裝和(he)(he)老化過程中的各項參數來(lai)描繪。但(dan)總(zong)的說來(lai)，芯片(pian)上屏(ping)以后的牢(lao)靠性(xing)的影(ying)響要素，重(zhong)點在ESD和(he)(he)IR兩項。
ESD是(shi)指抗靜(jing)電才能(neng)。據IC行(xing)業報(bao)道，50%以上芯(xin)片(pian)的(de)失效與ESD有關(guan)。要進步芯(xin)片(pian)牢靠性(xing)，必需提升(sheng)ESD才能(neng)。但是(shi)，在(zai)相同(tong)外延片(pian)，相同(tong)芯(xin)片(pian)構造的(de)條件下，芯(xin)片(pian)尺寸變(bian)小必然帶來ESD才能(neng)的(de)削弱(ruo)。這是(shi)與電流密度和(he)芯(xin)片(pian)電容特(te)性(xing)直接相關(guan)的(de)，無法抗拒
IR是指反(fan)(fan)向(xiang)漏電，通常是在(zai)固定反(fan)(fan)向(xiang)電壓下丈量芯(xin)片的反(fan)(fan)向(xiang)電流值。IR反(fan)(fan)映的是芯(xin)片內部缺(que)陷的數量。IR值越大，則闡明芯(xin)片內部缺(que)陷越多。
要提升(sheng)ESD才(cai)能和(he)(he)IR表現，必需(xu)在外延(yan)構造(zao)和(he)(he)芯片構造(zao)方面做(zuo)出更多優化(hua)。在芯片分(fen)檔(dang)時，經過嚴厲(li)的(de)(de)(de)分(fen)檔(dang)規范，能夠有效的(de)(de)(de)把ESD才(cai)能和(he)(he)IR表現較(jiao)弱的(de)(de)(de)芯片剔除(chu)掉，從而提升(sheng)芯片上屏后的(de)(de)(de)牢靠性。
四、總結
綜(zong)上，隨著科學(xue)的(de)進(jin)步，時(shi)期的(de)更新，LED顯示(shi)行業(ye)的(de)開展也越來越群眾，但顯示(shi)屏的(de)行業(ye)效果終(zhong)究如何提升，還待業(ye)者發揮聰明才智，持續(xu)不時(shi)的(de)努力。
