LED顯示屏相(xiang)比其(qi)他顯(xian)示(shi)技術(shu)，具有自發光、顏色復原度優良、刷新率高(gao)、省電、易于維(wei)護(hu)等優勢。高(gao)亮度、經過(guo)拼接(jie)可完(wan)成超大尺寸這兩個特性，是LED顯(xian)示(shi)屏(ping)在過(guo)去二十(shi)年高(gao)速(su)增長的決議(yi)性要(yao)素。在超大屏(ping)幕室外顯(xian)示(shi)范疇(chou)，迄今(jin)還(huan)沒有其(qi)他技術(shu)可以與LED顯(xian)示(shi)技術(shu)相(xiang)抗衡。
但(dan)是在過去，LED顯示屏(ping)(ping)也有其(qi)缺乏，比方封裝燈珠(zhu)之間間距大，形(xing)成分辨(bian)率較低，不合適室內和近間隔(ge)觀看。為了進步分辨(bian)率，必需減(jian)少(shao)燈珠(zhu)之間間距，但(dan)是燈珠(zhu)的尺寸減(jian)少(shao)，固然可以提升整(zheng)屏(ping)(ping)分辨(bian)率，本(ben)錢(qian)也會快速(su)上(shang)升，過高的本(ben)錢(qian)影響了小間距LED顯示屏(ping)(ping)的大范圍商業應用。
近幾年(nian)來(lai)(lai)，借助于芯片制(zhi)造和封裝廠商、IC電路廠商和屏(ping)(ping)(ping)幕制(zhi)造廠商等的多方努力，單封裝器件(jian)本(ben)錢越(yue)來(lai)(lai)越(yue)低，LED封裝器件(jian)越(yue)來(lai)(lai)越(yue)小，顯示屏(ping)(ping)(ping)像素間距越(yue)來(lai)(lai)越(yue)小、分辨率(lv)越(yue)來(lai)(lai)越(yue)高，使得小間距LED顯示屏(ping)(ping)(ping)在戶內大屏(ping)(ping)(ping)顯示方面的優勢越(yue)來(lai)(lai)越(yue)明顯。
目前，小間(jian)距(ju)LED主要(yao)應(ying)用于廣(guang)告(gao)傳(chuan)媒、體(ti)育場(chang)館、舞臺背景、市(shi)(shi)政工程等(deng)范(fan)疇(chou)，并(bing)且在交通、播送、軍隊等(deng)范(fan)疇(chou)不(bu)時(shi)開辟市(shi)(shi)場(chang)。估計到(dao)(dao)2018年，市(shi)(shi)場(chang)范(fan)圍接近百億。能夠預(yu)測(ce)，在將來幾年內，小間(jian)距(ju)LED顯(xian)示屏將不(bu)時(shi)擴展市(shi)(shi)場(chang)份額(e)，并(bing)擠占DLP背投的市(shi)(shi)場(chang)空間(jian)。據光大證券研討所預(yu)測(ce)，到(dao)(dao)2020年，小間(jian)距(ju)L
一(yi)、小間距LED顯示屏對(dui)LED芯片提出的需求
作為(wei)LED顯示屏中(zhong)心的(de)(de)LED芯片，在(zai)小(xiao)間距LED開展過(guo)程中(zhong)起到了至關重(zhong)要(yao)的(de)(de)作用。小(xiao)間距LED顯示屏目前的(de)(de)成(cheng)就和將(jiang)來的(de)(de)開展，都依賴(lai)于芯片端的(de)(de)不懈努力(li)。
一方(fang)面，戶內顯示屏點間距從(cong)早期的P4，逐漸減(jian)小(xiao)到P1.5，P1.0，還有開發中的P0.8。與之對應的，燈(deng)珠尺(chi)寸從(cong)3535、2121減(jian)少到1010，有的廠(chang)商(shang)開發出0808、0606尺(chi)寸，以至有廠(chang)商(shang)正在(zai)研發0404尺(chi)寸。
眾所周(zhou)知，封裝燈珠的(de)尺寸減(jian)少，必然請求芯片(pian)尺寸的(de)減(jian)少。目(mu)前(qian)，市(shi)場(chang)常見小間距顯示屏用藍綠(lv)芯片(pian)的(de)外表積為(wei)30mil2左右，局部芯片(pian)廠(chang)曾(ceng)經在(zai)量產25mil2，以至20mil2的(de)芯片(pian)。
另(ling)一方(fang)面，芯(xin)片(pian)外表積的(de)(de)(de)變(bian)(bian)小，單芯(xin)亮度的(de)(de)(de)降落(luo)，一系列(lie)影(ying)響顯示質量的(de)(de)(de)問題也變(bian)(bian)得(de)突出起來(lai)。
首先是關于(yu)灰度(du)的(de)請求。與(yu)戶(hu)外屏不(bu)同，戶(hu)內屏需求的(de)難點不(bu)在(zai)于(yu)亮(liang)度(du)而(er)在(zai)于(yu)灰度(du)。目(mu)前戶(hu)內大間距屏的(de)亮(liang)度(du)需求是1500cd/m2-2000cd/m2左右(you)，小(xiao)間距LED顯示屏的(de)亮(liang)度(du)普通在(zai)600cd/m2-800cd/m2左右(you)，而(er)適合于(yu)長期矚目(mu)的(de)顯示屏最佳亮(liang)度(du)在(zai)100cd/m2-300cd/m2左右(you)。
目前小間距LED屏幕的(de)難題之一是“低(di)(di)亮(liang)(liang)(liang)低(di)(di)灰”。即在低(di)(di)亮(liang)(liang)(liang)度下的(de)灰度不夠(gou)。要完成“低(di)(di)亮(liang)(liang)(liang)高灰”，目前封(feng)裝端采(cai)用的(de)計劃是黑(hei)支(zhi)(zhi)架。由于黑(hei)支(zhi)(zhi)架對芯片的(de)反光偏弱(ruo)，所以(yi)請求芯片有(you)足(zu)夠(gou)的(de)亮(liang)(liang)(liang)度。
其次是(shi)(shi)顯示平均(jun)性(xing)(xing)問(wen)題(ti)。與常規(gui)屏相比，間距(ju)變小會呈現余(yu)輝(hui)、第(di)一(yi)掃偏(pian)暗、低亮偏(pian)紅以及低灰不平均(jun)等問(wen)題(ti)。目前(qian)，針對余(yu)輝(hui)、第(di)一(yi)掃偏(pian)暗和(he)低灰偏(pian)紅等問(wen)題(ti)，封(feng)裝端(duan)和(he)IC控制端(duan)都做出了(le)努力，有效的(de)減(jian)緩了(le)這些問(wen)題(ti)，低灰度(du)下的(de)亮度(du)平均(jun)問(wen)題(ti)也經過(guo)逐點校正技術(shu)有所緩解。但是(shi)(shi)，作為問(wen)題(ti)的(de)本源之一(yi)，芯片端(duan)更需求付出努力。詳細來說，就是(shi)(shi)小電(dian)流下的(de)亮度(du)平均(jun)性(xing)(xing)要好，寄(ji)生電(dian)容的(de)分歧性(xing)(xing)要好。
第三是(shi)牢靠性(xing)問(wen)題。現(xian)行行業規范是(shi)LED死燈(deng)率允許值為萬(wan)分(fen)(fen)之(zhi)一(yi)，顯然不適(shi)用(yong)于小間(jian)距LED顯示(shi)屏。由于小間(jian)距屏的(de)像素(su)密度大，觀看間(jian)隔近，假如一(yi)萬(wan)個就有(you)1個死燈(deng)，其效(xiao)果令人無法(fa)承(cheng)受。將來死燈(deng)率需求控制在十萬(wan)分(fen)(fen)之(zhi)一(yi)以至是(shi)百萬(wan)分(fen)(fen)之(zhi)一(yi)才干滿(man)足長期運(yun)用(yong)的(de)需求。
總的(de)(de)來(lai)說，小間距LED的(de)(de)開展，對(dui)芯(xin)片段提出的(de)(de)需求是：尺寸(cun)減(jian)少，相對(dui)亮(liang)度(du)(du)提升，小電(dian)流(liu)下亮(liang)度(du)(du)分(fen)歧性好，寄(ji)生電(dian)容分(fen)歧性好，牢(lao)靠性高。
二、芯片端的處(chu)理(li)計劃
1.尺寸減(jian)少(shao)芯片(pian)尺寸減(jian)少(shao)
外表上(shang)看，就是(shi)(shi)幅員設計的(de)(de)問題，似乎只需(xu)依據需(xu)求設計更小的(de)(de)幅員就能(neng)(neng)處理。但是(shi)(shi)，芯片(pian)尺(chi)寸(cun)的(de)(de)減(jian)少能(neng)(neng)否能(neng)(neng)無(wu)限(xian)的(de)(de)停(ting)止下去呢(ni)?答(da)案能(neng)(neng)否定的(de)(de)。有(you)如下幾個緣由(you)限(xian)制著芯片(pian)尺(chi)寸(cun)減(jian)少的(de)(de)水(shui)平：
(1)封(feng)裝加工的限(xian)制(zhi)(zhi)。封(feng)裝加工過程中(zhong)，兩個要(yao)素限(xian)制(zhi)(zhi)了芯片(pian)尺(chi)寸的減(jian)少。一是(shi)(shi)吸(xi)嘴(zui)的限(xian)制(zhi)(zhi)。固(gu)晶需求汲(ji)取(qu)芯片(pian)，芯片(pian)短邊尺(chi)寸必需大(da)于吸(xi)嘴(zui)內徑(jing)。目前(qian)有性(xing)價比的吸(xi)嘴(zui)內徑(jing)為(wei)80um左右。二(er)是(shi)(shi)焊線(xian)(xian)的限(xian)制(zhi)(zhi)。首(shou)先(xian)是(shi)(shi)焊線(xian)(xian)盤即芯片(pian)電極(ji)必需足夠大(da)，否則焊線(xian)(xian)牢靠性(xing)不能(neng)保證，業內報(bao)道(dao)最小電極(ji)直徑(jing)45um;其次是(shi)(shi)電極(ji)之間(jian)(jian)的間(jian)(jian)距(ju)必需足夠大(da)，否則兩次焊線(xian)(xian)間(jian)(jian)必然會互相(xiang)干擾(rao)。
(2)芯片(pian)加工的(de)(de)(de)限(xian)(xian)制。芯片(pian)加工過程中，也有(you)兩方(fang)面(mian)的(de)(de)(de)限(xian)(xian)制。其(qi)一是幅員規劃的(de)(de)(de)限(xian)(xian)制。除了(le)上述封裝端的(de)(de)(de)限(xian)(xian)制，電(dian)(dian)極(ji)大小，電(dian)(dian)極(ji)間距(ju)有(you)請求外，電(dian)(dian)極(ji)與(yu)MESA間隔、劃道寬度(du)、不同層(ceng)的(de)(de)(de)邊(bian)境(jing)線間距(ju)等都有(you)其(qi)限(xian)(xian)制，芯片(pian)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)流特性、SD工藝(yi)才能(neng)、光刻的(de)(de)(de)加工才能(neng)決議(yi)了(le)詳細限(xian)(xian)制的(de)(de)(de)范圍。通常，P電(dian)(dian)極(ji)到芯片(pian)邊(bian)緣(yuan)的(de)(de)(de)最小間隔會限(xian)(xian)定(ding)在14μm以(yi)上。
其二是劃裂加(jia)工(gong)才能的(de)(de)限制。SD劃片+機械裂片工(gong)藝都有極限，芯(xin)片尺寸過小(xiao)可(ke)(ke)能無法裂片。當(dang)晶圓片直徑從(cong)2英寸增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)加(jia)到4英寸、或將來(lai)增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)加(jia)到6英寸時，劃片裂片的(de)(de)難度(du)是隨之(zhi)(zhi)增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)加(jia)的(de)(de)，也就(jiu)是說，可(ke)(ke)加(jia)工(gong)的(de)(de)芯(xin)片尺寸將隨之(zhi)(zhi)增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)大(da)。以4寸片為例(li)，假如(ru)芯(xin)片短(duan)邊(bian)長(chang)度(du)小(xiao)于90μm，長(chang)寬比大(da)于1.5:1的(de)(de)，良率的(de)(de)損失將顯著增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)加(jia)。
基于上述(shu)緣(yuan)由，筆(bi)者(zhe)大(da)膽預測，芯(xin)片(pian)尺寸減少到17mil2后，芯(xin)片(pian)設計(ji)和工(gong)(gong)藝(yi)加工(gong)(gong)才(cai)能接近極限，根(gen)本再無減少空間，除非芯(xin)片(pian)技術計(ji)劃有大(da)的打破。
2.亮度提升
亮度提升是芯片(pian)端永久的主題。芯片(pian)廠經過(guo)外延程式優化提升內量(liang)子效應(ying)，經過(guo)芯片(pian)構造調整提升外量(liang)子效應(ying)。
不過(guo)，一方面芯片(pian)(pian)(pian)尺寸(cun)減少(shao)必然招致(zhi)發光區面積減少(shao)，芯片(pian)(pian)(pian)亮(liang)度(du)降(jiang)(jiang)落(luo)。另一方面，小間(jian)(jian)距顯示屏(ping)的(de)(de)點間(jian)(jian)距減少(shao)，對單(dan)芯片(pian)(pian)(pian)亮(liang)度(du)需求有降(jiang)(jiang)落(luo)。兩(liang)者(zhe)之(zhi)間(jian)(jian)是(shi)存在(zai)互補的(de)(de)關系，但要留有底線(xian)。目(mu)前芯片(pian)(pian)(pian)端為(wei)了降(jiang)(jiang)低(di)本(ben)錢，主要是(shi)在(zai)構(gou)造(zao)上做(zuo)減法，這通常要付出亮(liang)度(du)降(jiang)(jiang)低(di)的(de)(de)代(dai)價，因而，如何(he)權衡取舍是(shi)業者(zhe)要留意的(de)(de)問題。
3.小電流下的分歧性(xing)
所謂的小電流，是相對常規戶內、戶外芯片試用的電流來說的。如下圖所示的芯片I-V曲線，常規戶內、戶外芯片工作于線性工作區，電流較大。而小間距LED芯片(pian)需求工作于靠(kao)近0點的非線(xian)性工作區，電流偏(pian)小(xiao)。
在非(fei)(fei)線性(xing)(xing)工(gong)(gong)作區，LED芯(xin)片(pian)受半導體(ti)開(kai)關閾(yu)值影響，芯(xin)片(pian)間(jian)的(de)(de)差別更(geng)明(ming)顯。對大批量芯(xin)片(pian)停(ting)止(zhi)亮度和波長的(de)(de)離(li)散性(xing)(xing)的(de)(de)剖析(xi)，容(rong)易看到(dao)非(fei)(fei)線性(xing)(xing)工(gong)(gong)作區的(de)(de)離(li)散性(xing)(xing)遠(yuan)大于線性(xing)(xing)工(gong)(gong)作區。這是目前芯(xin)片(pian)端(duan)的(de)(de)固有(you)應戰。
應對這個問題的(de)方(fang)法首先是(shi)外延(yan)方(fang)向的(de)優(you)化(hua)，以(yi)降低線(xian)性(xing)(xing)工作區下限為主;其次是(shi)芯片分光上的(de)優(you)化(hua)，將不(bu)同特(te)性(xing)(xing)芯片辨(bian)別開來。
4.寄生電容分歧性
目前芯(xin)片(pian)端沒有條件直接丈量芯(xin)片(pian)的電容特(te)性。電容特(te)性與常規丈量項目之間的關系尚不明朗，有待業者(zhe)去總結。芯(xin)片(pian)端優化的方向一是(shi)外(wai)延上(shang)調整，一是(shi)電性分(fen)檔(dang)上(shang)的細化，但(dan)本錢很高，不引薦。
5.牢靠性
芯片(pian)端牢(lao)靠性能(neng)夠用(yong)芯片(pian)封裝和老(lao)化(hua)過程中的(de)各項參(can)數來描繪。但總(zong)的(de)說(shuo)來，芯片(pian)上屏以后的(de)牢(lao)靠性的(de)影響(xiang)要(yao)素(su)，重點(dian)在(zai)ESD和IR兩項。
ESD是指抗靜(jing)電(dian)才能。據IC行業報道，50%以(yi)上(shang)芯片(pian)的失效與(yu)ESD有關。要進步(bu)芯片(pian)牢靠性，必需(xu)提升ESD才能。但是，在(zai)相同外延片(pian)，相同芯片(pian)構造的條件下，芯片(pian)尺(chi)寸(cun)變小必然(ran)帶來ESD才能的削弱。這是與(yu)電(dian)流密度(du)和(he)芯片(pian)電(dian)容(rong)特性直接(jie)相關的，無法抗拒
IR是指(zhi)反向(xiang)(xiang)漏電，通常是在(zai)固(gu)定反向(xiang)(xiang)電壓(ya)下丈量芯片(pian)的(de)反向(xiang)(xiang)電流值。IR反映(ying)的(de)是芯片(pian)內(nei)部(bu)缺(que)陷的(de)數量。IR值越(yue)大，則闡(chan)明芯片(pian)內(nei)部(bu)缺(que)陷越(yue)多。
要提(ti)升(sheng)ESD才能(neng)和(he)IR表現(xian)(xian)，必需(xu)在外(wai)延構造和(he)芯片構造方面做出更多優化。在芯片分檔時，經(jing)過嚴厲的(de)分檔規范，能(neng)夠有效的(de)把ESD才能(neng)和(he)IR表現(xian)(xian)較(jiao)弱的(de)芯片剔除掉，從(cong)而提(ti)升(sheng)芯片上屏后的(de)牢靠性。
四、總結
綜上，隨著科學(xue)的進步，時(shi)期的更新，LED顯示行(xing)業(ye)的開展也越來越群(qun)眾，但顯示屏的行(xing)業(ye)效果終究(jiu)如何提升(sheng)，還待業(ye)者發揮聰明才智(zhi)，持續不時(shi)的努力。
