小间距LED显示屏给芯片端带来的挑衅

  一、导言 

LED显示屏相比其余显示技术,具有自发光、色彩还原度优越、改革率高、省电、易于掩护等优势。高亮度、颠末过程拼接可实现超大尺寸这两个特性,是LED显示屏在曩昔二十年高速增长的决定性因素。在超大屏幕室外显示领域,迄今还没有其余技术可以或许或许与LED显示技术相抗衡。

但是在曩昔,LED显示屏也有其不敷,比如封装灯珠之间间距大,形成直率较低,不得当室内和近距离观看。为了提高直率,必需缩小灯珠之间间距,但是灯珠的尺寸缩,虽然可以或许或许晋升整屏直率,本钱不峒菜上升,过高的本钱影响了小间距LED显示屏的大规模商业应用。

近几年来,借助于芯片制作和封装厂商、IC电路厂商和屏幕制作厂商等的多方极力,单封装器件本钱越来越低,LED封装器件越来越,显示屏像素间距越来越小、直率越来越高,使得小间距LED显示屏在户内大屏显示方面的优势越来越显著。

目前,小间距LED重要应用于广告传媒、体育场馆、舞台配景、市政工程等领域,而且在交通、广播、军队等领域赓续开拓市场。估计到2018年,市场规模接近百亿。可以或许或许预测,在未来几年内,小间距LED显示将赓续扩大市场份额,并挤占DLP背投的市场空间。据光大证券芯所预测,到2020年,小间距LED显示屏对DLP背投的替代率将到达70%~80%。

笔者从业于蓝绿LED芯片制作行业,从事产品开拓工作多年。下面从产品设计、工艺技术的角度来论述小间距LED显示屏的睁开对蓝绿LED芯片提出的需要,和芯片端可能采取的应对计划。

  二、小间距LED显示屏对LED芯片提出的需要 

作为LED显示屏中央的LED芯片,在小间距LED睁开过程中起到了至关重要的感化。小间距LED显示屏目前的成就和未来的睁开,都依赖于芯片端的不懈极力。

一方面,户内显示屏点间距从早期的P4,逐渐减小到P1.5,P1.0,另有开拓中的P0.8。与之对应的,灯珠尺寸从3535、2121缩小到1010,有的厂商开拓出0808、0606尺寸,甚至有厂商正在研发0404尺寸。

众所周知,封装灯珠的尺寸缩,必然请求芯片尺寸的缩小。目前,市场常见小间距显示屏用蓝绿芯片的外面积为30mil2 阁下,部芯片厂已经在量产25mil2 ,甚至20mil2 的芯片。

另外一方面,芯片外面积的变,单芯亮度的下降,一系列影响显示品格的成就也变得特出起来。

首先是对付灰度的请求。与户外屏分歧,户内屏需要的难点不在于亮度而在于灰度。目前户内大间距屏的亮度需如果1500 cd/m2 -2000 cd/m2阁下,小间距LED显示屏的亮度一样平常在600 cd/m2 -800 cd/m2 阁下,而适宜于长期注目标显示屏最佳亮度在100 cd/m2 -300cd/m2 阁下。

目前小间距LED屏幕的难题之一是“低亮低灰”。即在低亮度下灰度还。要实现“低亮高灰”,目前封装端采纳的计划是黑支架。因为黑支架对芯片的反光偏弱,所以请求芯片有足够的亮度。

其次是显示均匀性成就。与常规屏相比,间距变小会出现余辉、第一扫偏暗、低亮偏红和低灰不均匀等成就。目前,针对余辉、第一扫偏暗和低灰偏红等成就,封装端和IC节制端都做出了极力,有用的减缓了这些成就,低灰度下的亮度均匀成就也颠末过程逐点校正技术有所缓解。但是,作为成就的根源之一,芯片端更必要支极力。详细来说,便是小电流下的亮度均匀性要好,寄生电容的同等性要好。

第三是靠得住性成就。现行行业模范是LED死灯率允许值为万分之一,显然不适用于小间距LED显示屏。因为小间距屏的像素密度大,观看距离近,如果一万个就有1个死灯,其效果令人无法接受。未来死灯率必要节制在十万分之一甚至是百万分之一能力满意长期应用的需要。

总的来说,小间距LED的睁开,对芯片段提出的需如果:尺寸缩,相对亮度晋升,小电流下亮度同等性好,寄生电容同等性好,靠得住性高。

   三、芯片端的解决计划 

1. 尺寸缩小芯片尺寸缩小

外面上看,便是版图设计的成就,似乎要根据必要设计更小的版图就能解决。但是,芯片尺寸的缩小是否能无穷的停止上来呢?谜底是否定的。有如下几个原因制约着芯片尺寸缩小的程度:

(1)封装加工的限制。封装加工过程中,两个因素限了芯片尺寸的缩小。一是吸嘴的限制。固晶必要吸取芯片,芯片短边尺寸必需大于吸嘴内径。目前性价比的吸嘴内径为80um阁下。二是焊线的限制。首先是焊线盘即芯片电极必需足够大,否则焊线靠得住性不能包管,的诒导最小电极径45um;其次是电极之间的间距必需足够大,否则两次焊线间必然会互相干扰。

(2)芯片加工的限制。芯片加工过程中,也有两方面的限制。其一是版图布局的限制。除了上述封装端的限制,电极大,电极间距有请求外,电极与MESA距离、划道宽度、分歧层的界限线间距等都有其限制,芯片的电流特性、SD工艺能力、光刻的加工能力决定了详细限制的规模。通常,P电极到芯片边缘的最小距离会限定在14μm以上。

其二是划裂加工能力的限制。SD划片+机械裂片工艺都有极限,芯片尺寸过小可能无法裂片。晶圆片径从2英寸增长到4英寸、或未来增长到6英寸时,划片裂片的难度是随之增长的,也便是说,可加工的芯片尺寸将随之增大。以4寸片为例,如果芯片短边长度小于90μm,长宽比大于1.5:1的,良的丧失将显著增长。

基于上述原因,笔者大胆预测,芯片尺寸缩小到17mil2后,芯片设计和工艺加工能力接近极限,基本再无缩小空间,除非芯片技术计划有大的打破。

2. 亮度晋升

亮度晋升是芯片端永久的主题。芯片厂颠末过程内在程式优化晋升内量有应,颠末过程芯片布局调晋升外量有应。

过,一方面芯片尺寸缩小必然导发光区面积缩,芯片亮度下降。另外一方面,小间距显示屏的点间距缩,对单芯片亮度需要有下降。两者之间是存在互补的相干,但要留有底线。目前芯片端为了低落本钱,重要是在布局上做减法,这通常要支付亮度低落的价值,因此,如何权衡取舍是业者要注意的成就。

3. 小电流下的同等性

所谓的小电流,是相对常规户内、户外芯片试用的电流来说的。如下图所示的芯片I-V曲线,常规户内、户外芯片工作于线性工作区,电流较大。而小间距LED芯片必要工作于靠近0点的非线性工作区,电流偏小。

在非线性工作区,LED芯片受半导体开关阈值影响,芯片间的差异更显著。对大批量芯片停止亮度和波长的离散性的阐发,容易看到非线性工作区的离散性远大于线性工作区。这是目前芯片端的固有挑衅。

应对这个成就的办法首先是内在偏向的优化,以低落线性工作区下限为主;其次是芯片分光上的优化,将分歧特性芯片区分开来。

4. 寄生电容同等性

目前芯片端挥刑跫间接测量芯片的电容特性。电容特性与常规测量项目之间的相干尚不明朗,有待业者去总结。芯片端优化的偏向一是内在系剂,一是电性分档上的细化,但本钱很高,不推荐。

5. 靠得住性

芯片端靠得住机可以或许用芯片封装和老化过程中的各项参数来描述。但总的说来,芯片上屏以后目得住性的影响因素,重点在ESD和IR两项。

ESD是指抗静电能力。据IC行业报导,50%以上芯片的失效与ESD无关。要提高芯片靠得住性,必需晋升ESD能力。但是,在相同内在片,相同芯片布局的条件下,芯片尺寸变小必然带来ESD能力的削弱。这是与电流密度和芯片电容特性间接相干的,无法抗拒。

IR是指反向漏电,通常是在固定反向电压下测量芯片的反向电流值。IR反映的是芯片内部缺点的数目。IR值越大,则得芯片内部缺点越多。

要晋升ESD能力和IR表示,必需在内在布局和芯片布局方面做出更多优化。在芯片分档时,颠末过程严厉的分的7,可以或许有用的把ESD能力和IR表示较弱的芯片剔除掉,从而晋升芯片上屏后目得住性。

四、总结

综上,笔者阐发了跟着小间距LED显示屏的睁开,LED芯片端面对的系列挑衅,并逐一给出了改良计划或偏向。应该说,目前LED芯片的优化另有很大目间。如何晋升,还待业者发挥聪慧才智,持续赓续的极力。(本文作者:华灿光电罗红波)

 



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