深圳市邁睿創(chuàng)彩光電有限公司
深圳市寶安區(qū)石巖街道塘頭社區(qū)領(lǐng)亞科技園2棟
News
LED顯示屏常識(shí)
小間距LED顯示屏的降臨——給芯片廠家?guī)?lái)什么樣的挑戰(zhàn)
標(biāo)簽:小間距l(xiāng)ed顯示 led顯示屏制造廠家 led租賃屏 led透明屏 室內(nèi)led顯示屏 2018-04-02 10:36:261633
一、導(dǎo)言
LED顯示屏相比其他顯示技術(shù),具有自發(fā)光、色彩還原度優(yōu)異、刷新率高、省電、易于維護(hù)等優(yōu)勢(shì)。高亮度、通過(guò)拼接可實(shí)現(xiàn)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)的決定性因素。在超大屏幕室外顯示領(lǐng)域,迄今還沒有其他技術(shù)能夠與LED顯示技術(shù)相抗衡。
但是在過(guò)去,LED顯示屏也有其不足,比如封裝燈珠之間間距大,造成分辨率較低,不適合室內(nèi)和近距離觀看。為了提高分辨率,必需縮小燈珠之間間距,但是燈珠的尺寸縮小,雖然能夠提升整屏分辨率,成本也會(huì)快速上升,過(guò)高的成本影響了小間距LED顯示屏的大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用。
近幾年來(lái),借助于芯片制造和封裝廠商、IC電路廠商和屏幕制造廠商等的多方努力,單封裝器件成本越來(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顯示屏主要應(yīng)用于廣告?zhèn)髅?、體育場(chǎng)館、舞臺(tái)背景、市政工程等領(lǐng)域,并且在交通、廣播、軍隊(duì)等領(lǐng)域不斷開拓市場(chǎng)。預(yù)計(jì)到2018年,市場(chǎng)規(guī)模接近百億??梢灶A(yù)測(cè),在未來(lái)幾年內(nèi),小間距LED顯示屏將不斷擴(kuò)展市場(chǎng)份額,并擠占DLP背投的市場(chǎng)空間。據(jù)光大證券研究所預(yù)測(cè),到2020年,小間距LED顯示屏對(duì)DLP背投的替代率將達(dá)到70%~80%。
筆者從業(yè)于藍(lán)綠LED芯片制造行業(yè),從事產(chǎn)品開發(fā)工作多年。下面從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝技術(shù)的角度來(lái)論述小間距LED顯示屏的發(fā)展對(duì)藍(lán)綠LED芯片提出的需求,以及芯片端可能采取的應(yīng)對(duì)方案。
二、小間距LED顯示屏對(duì)LED芯片提出的需求
作為L(zhǎng)ED顯示屏核心的LED芯片,在小間距LED發(fā)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未來(lái)的發(fā)展,都依賴于芯片端的不懈努力。
一方面,戶內(nèi)顯示屏點(diǎn)間距從早期的P4,逐步減小到P1.5,P1.0,還有開發(fā)中的P0.8。與之對(duì)應(yīng)的,燈珠尺寸從3535、2121縮小到1010,有的廠商開發(fā)出0808、0606尺寸,甚至有廠商正在研發(fā)0404尺寸。
眾所周知,封裝燈珠的尺寸縮小,必然要求芯片尺寸的縮小。目前,市場(chǎng)常見小間距顯示屏用藍(lán)綠芯片的表面積為30mil2 左右,部分芯片廠已經(jīng)在量產(chǎn)25mil2 ,甚至20mil2 的芯片。
另一方面,芯片表面積的變小,單芯亮度的下降,一系列影響顯示品質(zhì)的問(wèn)題也變得突出起來(lái)。
首先是對(duì)于灰度的要求。與戶外屏不同,戶內(nèi)屏需求的難點(diǎn)不在于亮度而在于灰度。目前戶內(nèi)大間距屏的亮度需求是1500 cd/m2 -2000 cd/m2左右,小間距LED顯示屏的亮度一般在600 cd/m2 -800 cd/m2 左右,而適宜于長(zhǎng)期注目的顯示屏最佳亮度在100 cd/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。要實(shí)現(xiàn)“低亮高灰”,目前封裝端采用的方案是黑支架。由于黑支架對(duì)芯片的反光偏弱,所以要求芯片有足夠的亮度。
其次是顯示均勻性問(wèn)題。與常規(guī)屏相比,間距變小會(huì)出現(xiàn)余輝、第一掃偏暗、低亮偏紅以及低灰不均勻等問(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,低灰度下的亮度均勻問(wèn)題也通過(guò)逐點(diǎn)校正技術(shù)有所緩解。但是,作為問(wèn)題的根源之一,芯片端更需要付出努力。具體來(lái)說(shuō),就是小電流下的亮度均勻性要好,寄生電容的一致性要好。
第三是可靠性問(wèn)題?,F(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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,觀看距離近,如果一萬(wàn)個(gè)就有1個(gè)死燈,其效果令人無(wú)法接受。未來(lái)死燈率需要控制在十萬(wàn)分之一甚至是百萬(wàn)分之一才能滿足長(zhǎng)期使用的需求。
總的來(lái)說(shuō),小間距LED的發(fā)展,對(duì)芯片段提出的需求是:尺寸縮小,相對(duì)亮度提升,小電流下亮度一致性好,寄生電容一致性好,可靠性高。
三、芯片端的解決方案
1. 尺寸縮小芯片尺寸縮小
表面上看,就是版圖設(shè)計(jì)的問(wèn)題,似乎只要根據(jù)需要設(shè)計(jì)更小的版圖就能解決。但是,芯片尺寸的縮小是否能無(wú)限的進(jìn)行下去呢?答案是否定的。有如下幾個(gè)原因制約著芯片尺寸縮小的程度:
(1)封裝加工的限制。封裝加工過(guò)程中,兩個(gè)因素限制了芯片尺寸的縮小。一是吸嘴的限制。固晶需要吸取芯片,芯片短邊尺寸必須大于吸嘴內(nèi)徑。目前有性價(jià)比的吸嘴內(nèi)徑為80um左右。二是焊線的限制。首先是焊線盤即芯片電極必須足夠大,否則焊線可靠性不能保證,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須足夠大,否則兩次焊線間必然會(huì)相互干擾。
(2)芯片加工的限制。芯片加工過(guò)程中,也有兩方面的限制。其一是版圖布局的限制。除了上述封裝端的限制,電極大小,電極間距有要求外,電極與MESA距離、劃道寬度、不同層的邊界線間距等都有其限制,芯片的電流特性、SD工藝能力、光刻的加工能力決定了具體限制的范圍。通常,P電極到芯片邊緣的最小距離會(huì)限定在14μm以上。
其二是劃裂加工能力的限制。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、或未來(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,如果芯片短邊長(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。
基于上述原因,筆者大膽預(yù)測(cè),芯片尺寸縮小到17mil2后,芯片設(shè)計(jì)和工藝加工能力接近極限,基本再無(wú)縮小空間,除非芯片技術(shù)方案有大的突破。
2. 亮度提升
亮度提升是芯片端永恒的主題。芯片廠通過(guò)外延程式優(yōu)化提升內(nèi)量子效應(yīng),通過(guò)芯片結(jié)構(gòu)調(diào)整提升外量子效應(yīng)。
不過(guò),一方面芯片尺寸縮小必然導(dǎo)致發(fā)光區(qū)面積縮小,芯片亮度下降。另一方面,小間距顯示屏的點(diǎn)間距縮小,對(duì)單芯片亮度需求有下降。兩者之間是存在互補(bǔ)的關(guān)系,但要留有底線。目前芯片端為了降低成本,主要是在結(jié)構(gòu)上做減法,這通常要付出亮度降低的代價(jià),因此,如何權(quán)衡取舍是業(yè)者要注意的問(wèn)題。
3. 小電流下的一致性
所謂的小電流,是相對(duì)常規(guī)戶內(nèi)、戶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,常規(guī)戶內(nèi)、戶外芯片工作于線性工作區(qū),電流較大。而小間距LED芯片需要工作于靠近0點(diǎn)的非線性工作區(qū),電流偏小。
深圳市邁睿創(chuàng)彩光電有限公司
深圳市寶安區(qū)石巖街道塘頭社區(qū)領(lǐng)亞科技園2棟