LED相比其(qí)他(tā)顯示技術(shù)，具有(yǒu)自(zì)發(fà)光(guāng)、色(sè)彩还原度(dù)優异(yì)、刷新(xīn)率高(gāo)、省(shěng)電(diàn)、易于(yú)维護等優勢。高(gāo)亮(liàng)度(dù)、通(tòng)过(guò)拼接可實(shí)現(xiàn)超大(dà)尺(chǐ)寸(cùn)这(zhè)两(liǎng)个(gè)特(tè)性(xìng)，是(shì)LED 顯示屏在(zài)过(guò)去(qù)二(èr)十(shí)年(nián)高(gāo)速增长(cháng)的(de)決定(dìng)性(xìng)因(yīn)素。在(zài)超大(dà)屏幕室(shì)外(wài)顯示領域，迄今还沒(méi)有(yǒu)其(qí)他(tā)技術(shù)能(néng)夠与LED顯示技術(shù)相抗衡。

但是(shì)在(zài)过(guò)去(qù)，LED顯示屏也(yě)有(yǒu)其(qí)不(bù)足，比如封(fēng)裝(zhuāng)燈(dēng)珠(zhū)之間(jiān)間(jiān)距大(dà)，造成(chéng)分辨率较低(dī)，不(bù)适合室(shì)內(nèi)和(hé)近(jìn)距離觀看。为(wèi)了(le)提(tí)高(gāo)分辨率，必需縮小燈(dēng)珠(zhū)之間(jiān)間(jiān)距，但是(shì)燈(dēng)珠(zhū)的(de)尺(chǐ)寸(cùn)縮小，雖(suī)然能(néng)夠提(tí)升(shēng)整屏分辨率，成(chéng)本(běn)也(yě)会(huì)快速上(shàng)升(shēng)，过(guò)高(gāo)的(de)成(chéng)本(běn)影响了(le)小間(jiān)距led顯示屏的(de)大(dà)規模商業應(yìng)用(yòng)。

近(jìn)几年(nián)来(lái)，借(jiè)助于(yú)芯片(piàn)制造和(hé)封(fēng)裝(zhuāng)廠(chǎng)商、IC電(diàn)路(lù)廠(chǎng)商和(hé)屏幕制造廠(chǎng)商等的(de)多(duō)方(fāng)努力，單封(fēng)裝(zhuāng)器件(jiàn)成(chéng)本(běn)越来(lái)越低(dī)，LED封(fēng)裝(zhuāng)器件(jiàn)越来(lái)越小，顯示屏像素間(jiān)距越来(lái)越小、分辨率越来(lái)越高(gāo)，使得小間(jiān)距LED顯示屏在(zài)户內(nèi)大(dà)屏顯示方(fāng)面(miàn)的(de)優勢越来(lái)越明顯。

目前(qián)，小間(jiān)距LED主要應(yìng)用(yòng)于(yú)廣告傳媒、體(tǐ)育场(chǎng)館(guǎn)、舞(wǔ)台(tái)背景、市(shì)政(zhèng)工程等領域，並(bìng)且(qiě)在(zài)交通(tòng)、廣播、軍隊等領域不(bù)斷開(kāi)拓市(shì)场(chǎng)。預計(jì)到(dào)2018年(nián)，市(shì)场(chǎng)規模接近(jìn)百亿(yì)。可以(yǐ)預測，在(zài)未来(lái)几年(nián)內(nèi)，小間(jiān)距LED顯示屏将不(bù)斷擴展(zhǎn)市(shì)场(chǎng)份額，並(bìng)擠占DLP背投的(de)市(shì)场(chǎng)空(kōng)間(jiān)。據(jù)光(guāng)大(dà)證券研究所(suǒ)預測，到(dào)2020年(nián)，小間(jiān)距LED顯示屏对DLP背投的(de)替代(dài)率将达(dá)到(dào)70%~80%。

笔(bǐ)者(zhě)從業于(yú)藍(lán)綠(lǜ)LED芯片(piàn)制造行業，從事(shì)産品開(kāi)發(fà)工作多(duō)年(nián)。下(xià)面(miàn)從産品設計(jì)、工艺技術(shù)的(de)角(jiǎo)度(dù)来(lái)論述小間(jiān)距LED顯示屏的(de)發(fà)展(zhǎn)对藍(lán)綠(lǜ)LED芯片(piàn)提(tí)出(chū)的(de)需求，以(yǐ)及(jí)芯片(piàn)端可能(néng)采取(qǔ)的(de)應(yìng)对方(fāng)案(àn)。

小間(jiān)距LED顯示屏对LED芯片(piàn)提(tí)出(chū)的(de)需求

作为(wèi)LED顯示屏核心(xīn)的(de)LED芯片(piàn)，在(zài)小間(jiān)距LED發(fà)展(zhǎn)过(guò)程中(zhōng)起(qǐ)到(dào)了(le)至關(guān)重(zhòng)要的(de)作用(yòng)。小間(jiān)距LED顯示屏目前(qián)的(de)成(chéng)就(jiù)和(hé)未来(lái)的(de)發(fà)展(zhǎn)，都依赖于(yú)芯片(piàn)端的(de)不(bù)懈努力。

一(yī)方(fāng)面(miàn)，户內(nèi)顯示屏點(diǎn)間(jiān)距從早(zǎo)期(qī)的(de)P4，逐步減小到(dào)P1.5，P1.0，还有(yǒu)開(kāi)發(fà)中(zhōng)的(de)P0.8。与之对應(yìng)的(de)，燈(dēng)珠(zhū)尺(chǐ)寸(cùn)從3535、2121縮小到(dào)1010，有(yǒu)的(de)廠(chǎng)商開(kāi)發(fà)出(chū)0808、0606尺(chǐ)寸(cùn)，甚至有(yǒu)廠(chǎng)商正(zhèng)在(zài)研發(fà)0404尺(chǐ)寸(cùn)。

众所(suǒ)周知，封(fēng)裝(zhuāng)燈(dēng)珠(zhū)的(de)尺(chǐ)寸(cùn)縮小，必然要求芯片(piàn)尺(chǐ)寸(cùn)的(de)縮小。目前(qián)，市(shì)场(chǎng)常見(jiàn)小間(jiān)距顯示屏用(yòng)藍(lán)綠(lǜ)芯片(piàn)的(de)表(biǎo)面(miàn)积为(wèi)30mil2 左(zuǒ)右(yòu)，部(bù)分芯片(piàn)廠(chǎng)已經(jīng)在(zài)量(liàng)産25mil2 ，甚至20mil2 的(de)芯片(piàn)。

另(lìng)一(yī)方(fāng)面(miàn)，芯片(piàn)表(biǎo)面(miàn)积的(de)變(biàn)小，單芯亮(liàng)度(dù)的(de)下(xià)降，一(yī)系(xì)列影响顯示品質(zhì)的(de)問(wèn)題(tí)也(yě)變(biàn)得突出(chū)起(qǐ)来(lái)。

首先(xiān)是(shì)对于(yú)灰度(dù)的(de)要求。与户外(wài)屏不(bù)同(tóng)，户內(nèi)屏需求的(de)難點(diǎn)不(bù)在(zài)于(yú)亮(liàng)度(dù)而(ér)在(zài)于(yú)灰度(dù)。目前(qián)户內(nèi)大(dà)間(jiān)距屏的(de)亮(liàng)度(dù)需求是(shì)1500 cd/m2 -2000 cd/m2左(zuǒ)右(yòu)，小間(jiān)距LED顯示屏的(de)亮(liàng)度(dù)一(yī)般在(zài)600 cd/m2 -800 cd/m2 左(zuǒ)右(yòu)，而(ér)适宜于(yú)长(cháng)期(qī)注目的(de)顯示屏最(zuì)佳亮(liàng)度(dù)在(zài)100 cd/m2 -300cd/m2 左(zuǒ)右(yòu)。

目前(qián)小間(jiān)距LED屏幕的(de)難題(tí)之一(yī)是(shì)“低(dī)亮(liàng)低(dī)灰”。即在(zài)低(dī)亮(liàng)度(dù)下(xià)的(de)灰度(dù)不(bù)夠。要實(shí)現(xiàn)“低(dī)亮(liàng)高(gāo)灰”，目前(qián)封(fēng)裝(zhuāng)端采用(yòng)的(de)方(fāng)案(àn)是(shì)黑支架。由于(yú)黑支架对芯片(piàn)的(de)反(fǎn)光(guāng)偏弱(ruò)，所(suǒ)以(yǐ)要求芯片(piàn)有(yǒu)足夠的(de)亮(liàng)度(dù)。

其(qí)次(cì)是(shì)顯示均勻性(xìng)問(wèn)題(tí)。与常規屏相比，間(jiān)距變(biàn)小会(huì)出(chū)現(xiàn)餘輝、第(dì)一(yī)掃偏暗(àn)、低(dī)亮(liàng)偏紅(hóng)以(yǐ)及(jí)低(dī)灰不(bù)均勻等問(wèn)題(tí)。目前(qián)，針(zhēn)对餘輝、第(dì)一(yī)掃偏暗(àn)和(hé)低(dī)灰偏紅(hóng)等問(wèn)題(tí)，封(fēng)裝(zhuāng)端和(hé)IC控制端都做出(chū)了(le)努力，有(yǒu)效的(de)減緩了(le)这(zhè)些(xiē)問(wèn)題(tí)，低(dī)灰度(dù)下(xià)的(de)亮(liàng)度(dù)均勻問(wèn)題(tí)也(yě)通(tòng)过(guò)逐點(diǎn)校正(zhèng)技術(shù)有(yǒu)所(suǒ)緩解(jiě)。但是(shì)，作为(wèi)問(wèn)題(tí)的(de)根(gēn)源之一(yī)，芯片(piàn)端更(gèng)需要付出(chū)努力。具體(tǐ)来(lái)说(shuō)，就(jiù)是(shì)小電(diàn)流下(xià)的(de)亮(liàng)度(dù)均勻性(xìng)要好(hǎo)，寄生(shēng)電(diàn)容的(de)一(yī)致(zhì)性(xìng)要好(hǎo)。

第(dì)三(sān)是(shì)可靠性(xìng)問(wèn)題(tí)。現(xiàn)行行業标(biāo)准是(shì)LED死燈(dēng)率允許值为(wèi)万(wàn)分之一(yī)，顯然不(bù)适用(yòng)于(yú)小間(jiān)距LED顯示屏。由于(yú)小間(jiān)距屏的(de)像素密度(dù)大(dà)，觀看距離近(jìn)，如果一(yī)万(wàn)个(gè)就(jiù)有(yǒu)1个(gè)死燈(dēng)，其(qí)效果令人无法(fǎ)接受。未来(lái)死燈(dēng)率需要控制在(zài)十(shí)万(wàn)分之一(yī)甚至是(shì)百万(wàn)分之一(yī)才能(néng)滿足长(cháng)期(qī)使用(yòng)的(de)需求。

總(zǒng)的(de)来(lái)说(shuō)，小間(jiān)距LED的(de)發(fà)展(zhǎn)，对芯片(piàn)段(duàn)提(tí)出(chū)的(de)需求是(shì)：尺(chǐ)寸(cùn)縮小，相对亮(liàng)度(dù)提(tí)升(shēng)，小電(diàn)流下(xià)亮(liàng)度(dù)一(yī)致(zhì)性(xìng)好(hǎo)，寄生(shēng)電(diàn)容一(yī)致(zhì)性(xìng)好(hǎo)，可靠性(xìng)高(gāo)。

芯片(piàn)端的(de)解(jiě)決方(fāng)案(àn)

1.尺(chǐ)寸(cùn)縮小芯片(piàn)尺(chǐ)寸(cùn)縮小

表(biǎo)面(miàn)上(shàng)看，就(jiù)是(shì)版图(tú)設計(jì)的(de)問(wèn)題(tí)，似乎只要根(gēn)據(jù)需要設計(jì)更(gèng)小的(de)版图(tú)就(jiù)能(néng)解(jiě)決。但是(shì)，芯片(piàn)尺(chǐ)寸(cùn)的(de)縮小是(shì)否能(néng)无限的(de)进行下(xià)去(qù)呢?答(dá)案(àn)是(shì)否定(dìng)的(de)。有(yǒu)如下(xià)几个(gè)原因(yīn)制約着芯片(piàn)尺(chǐ)寸(cùn)縮小的(de)程度(dù)：

(1)封(fēng)裝(zhuāng)加工的(de)限制。封(fēng)裝(zhuāng)加工过(guò)程中(zhōng)，两(liǎng)个(gè)因(yīn)素限制了(le)芯片(piàn)尺(chǐ)寸(cùn)的(de)縮小。一(yī)是(shì)吸嘴的(de)限制。固晶需要吸取(qǔ)芯片(piàn)，芯片(piàn)短(duǎn)邊(biān)尺(chǐ)寸(cùn)必須大(dà)于(yú)吸嘴內(nèi)径。目前(qián)有(yǒu)性(xìng)价比的(de)吸嘴內(nèi)径为(wèi)80um左(zuǒ)右(yòu)。二(èr)是(shì)焊線(xiàn)的(de)限制。首先(xiān)是(shì)焊線(xiàn)盤即芯片(piàn)電(diàn)极(jí)必須足夠大(dà)，否則焊線(xiàn)可靠性(xìng)不(bù)能(néng)保證，業內(nèi)報道(dào)最(zuì)小電(diàn)极(jí)直(zhí)径45um;其(qí)次(cì)是(shì)電(diàn)极(jí)之間(jiān)的(de)間(jiān)距必須足夠大(dà)，否則两(liǎng)次(cì)焊線(xiàn)間(jiān)必然会(huì)相互干擾。

(2)芯片(piàn)加工的(de)限制。芯片(piàn)加工过(guò)程中(zhōng)，也(yě)有(yǒu)两(liǎng)方(fāng)面(miàn)的(de)限制。其(qí)一(yī)是(shì)版图(tú)布(bù)局(jú)的(de)限制。除了(le)上(shàng)述封(fēng)裝(zhuāng)端的(de)限制，電(diàn)极(jí)大(dà)小，電(diàn)极(jí)間(jiān)距有(yǒu)要求外(wài)，電(diàn)极(jí)与MESA距離、劃(huà)道(dào)宽(kuān)度(dù)、不(bù)同(tóng)层(céng)的(de)邊(biān)界線(xiàn)間(jiān)距等都有(yǒu)其(qí)限制，芯片(piàn)的(de)電(diàn)流特(tè)性(xìng)、SD工艺能(néng)力、光(guāng)刻(kè)的(de)加工能(néng)力決定(dìng)了(le)具體(tǐ)限制的(de)範圍。通(tòng)常，P電(diàn)极(jí)到(dào)芯片(piàn)邊(biān)緣的(de)最(zuì)小距離会(huì)限定(dìng)在(zài)14μm以(yǐ)上(shàng)。

其(qí)二(èr)是(shì)劃(huà)裂加工能(néng)力的(de)限制。SD劃(huà)片(piàn)+機(jī)械裂片(piàn)工艺都有(yǒu)极(jí)限，芯片(piàn)尺(chǐ)寸(cùn)过(guò)小可能(néng)无法(fǎ)裂片(piàn)。當晶圆片(piàn)直(zhí)径從2英寸(cùn)增加到(dào)4英寸(cùn)、或(huò)未来(lái)增加到(dào)6英寸(cùn)时(shí)，劃(huà)片(piàn)裂片(piàn)的(de)難度(dù)是(shì)随之增加的(de)，也(yě)就(jiù)是(shì)说(shuō)，可加工的(de)芯片(piàn)尺(chǐ)寸(cùn)将随之增大(dà)。以(yǐ)4寸(cùn)片(piàn)为(wèi)例，如果芯片(piàn)短(duǎn)邊(biān)长(cháng)度(dù)小于(yú)90μm，长(cháng)宽(kuān)比大(dà)于(yú)1.5：1的(de)，良率的(de)損失将顯著增加。

基于(yú)上(shàng)述原因(yīn)，笔(bǐ)者(zhě)大(dà)膽(dǎn)預測，芯片(piàn)尺(chǐ)寸(cùn)縮小到(dào)17mil2後(hòu)，芯片(piàn)設計(jì)和(hé)工艺加工能(néng)力接近(jìn)极(jí)限，基本(běn)再无縮小空(kōng)間(jiān)，除非(fēi)芯片(piàn)技術(shù)方(fāng)案(àn)有(yǒu)大(dà)的(de)突破。

2.亮(liàng)度(dù)提(tí)升(shēng)

亮(liàng)度(dù)提(tí)升(shēng)是(shì)芯片(piàn)端永恒的(de)主題(tí)。芯片(piàn)廠(chǎng)通(tòng)过(guò)外(wài)延程式優化(huà)提(tí)升(shēng)內(nèi)量(liàng)子效應(yìng)，通(tòng)过(guò)芯片(piàn)结構調整提(tí)升(shēng)外(wài)量(liàng)子效應(yìng)。

不(bù)过(guò)，一(yī)方(fāng)面(miàn)芯片(piàn)尺(chǐ)寸(cùn)縮小必然導致(zhì)發(fà)光(guāng)區(qū)面(miàn)积縮小，芯片(piàn)亮(liàng)度(dù)下(xià)降。另(lìng)一(yī)方(fāng)面(miàn)，小間(jiān)距顯示屏的(de)點(diǎn)間(jiān)距縮小，对單芯片(piàn)亮(liàng)度(dù)需求有(yǒu)下(xià)降。两(liǎng)者(zhě)之間(jiān)是(shì)存在(zài)互補的(de)關(guān)系(xì)，但要留有(yǒu)底線(xiàn)。目前(qián)芯片(piàn)端为(wèi)了(le)降低(dī)成(chéng)本(běn)，主要是(shì)在(zài)结構上(shàng)做減法(fǎ)，这(zhè)通(tòng)常要付出(chū)亮(liàng)度(dù)降低(dī)的(de)代(dài)价，因(yīn)此(cǐ)，如何權衡取(qǔ)舍是(shì)業者(zhě)要注意(yì)的(de)問(wèn)題(tí)。

3.小電(diàn)流下(xià)的(de)一(yī)致(zhì)性(xìng)

所(suǒ)謂的(de)小電(diàn)流，是(shì)相对常規户內(nèi)、户外(wài)芯片(piàn)試用(yòng)的(de)電(diàn)流来(lái)说(shuō)的(de)。如下(xià)图(tú)所(suǒ)示的(de)芯片(piàn)I-V曲(qū)線(xiàn)，常規户內(nèi)、户外(wài)芯片(piàn)工作于(yú)線(xiàn)性(xìng)工作區(qū)，電(diàn)流较大(dà)。而(ér)小間(jiān)距LED芯片(piàn)需要工作于(yú)靠近(jìn)0點(diǎn)的(de)非(fēi)線(xiàn)性(xìng)工作區(qū)，電(diàn)流偏小。

在(zài)非(fēi)線(xiàn)性(xìng)工作區(qū)，LED芯片(piàn)受半導體(tǐ)開(kāi)關(guān)阈值影响，芯片(piàn)間(jiān)的(de)差异(yì)更(gèng)明顯。对大(dà)批量(liàng)芯片(piàn)进行亮(liàng)度(dù)和(hé)波(bō)长(cháng)的(de)離散(sàn)性(xìng)的(de)分析，容易看到(dào)非(fēi)線(xiàn)性(xìng)工作區(qū)的(de)離散(sàn)性(xìng)遠(yuǎn)大(dà)于(yú)線(xiàn)性(xìng)工作區(qū)。这(zhè)是(shì)目前(qián)芯片(piàn)端的(de)固有(yǒu)挑戰。

應(yìng)对这(zhè)个(gè)問(wèn)題(tí)的(de)辦(bàn)法(fǎ)首先(xiān)是(shì)外(wài)延方(fāng)向(xiàng)的(de)優化(huà)，以(yǐ)降低(dī)線(xiàn)性(xìng)工作區(qū)下(xià)限为(wèi)主;其(qí)次(cì)是(shì)芯片(piàn)分光(guāng)上(shàng)的(de)優化(huà)，将不(bù)同(tóng)特(tè)性(xìng)芯片(piàn)區(qū)分開(kāi)来(lái)。

4.寄生(shēng)電(diàn)容一(yī)致(zhì)性(xìng)

目前(qián)芯片(piàn)端沒(méi)有(yǒu)条(tiáo)件(jiàn)直(zhí)接測量(liàng)芯片(piàn)的(de)電(diàn)容特(tè)性(xìng)。電(diàn)容特(tè)性(xìng)与常規測量(liàng)项目之間(jiān)的(de)關(guān)系(xì)尚不(bù)明朗，有(yǒu)待業者(zhě)去(qù)總(zǒng)结。芯片(piàn)端優化(huà)的(de)方(fāng)向(xiàng)一(yī)是(shì)外(wài)延上(shàng)調整，一(yī)是(shì)電(diàn)性(xìng)分檔上(shàng)的(de)细(xì)化(huà)，但成(chéng)本(běn)很高(gāo)，不(bù)推薦。

5.可靠性(xìng)

芯片(piàn)端可靠性(xìng)可以(yǐ)用(yòng)芯片(piàn)封(fēng)裝(zhuāng)和(hé)老(lǎo)化(huà)过(guò)程中(zhōng)的(de)各(gè)项參數来(lái)描述。但總(zǒng)的(de)说(shuō)来(lái)，芯片(piàn)上(shàng)屏以(yǐ)後(hòu)的(de)可靠性(xìng)的(de)影响因(yīn)素，重(zhòng)點(diǎn)在(zài)ESD和(hé)IR两(liǎng)项。

ESD是(shì)指抗静(jìng)電(diàn)能(néng)力。據(jù)IC行業報道(dào)，50%以(yǐ)上(shàng)芯片(piàn)的(de)失效与ESD有(yǒu)關(guān)。要提(tí)高(gāo)芯片(piàn)可靠性(xìng)，必須提(tí)升(shēng)ESD能(néng)力。但是(shì)，在(zài)相同(tóng)外(wài)延片(piàn)，相同(tóng)芯片(piàn)结構的(de)条(tiáo)件(jiàn)下(xià)，芯片(piàn)尺(chǐ)寸(cùn)變(biàn)小必然带(dài)来(lái)ESD能(néng)力的(de)削弱(ruò)。这(zhè)是(shì)与電(diàn)流密度(dù)和(hé)芯片(piàn)電(diàn)容特(tè)性(xìng)直(zhí)接相關(guān)的(de)，无法(fǎ)抗拒。

IR是(shì)指反(fǎn)向(xiàng)漏電(diàn)，通(tòng)常是(shì)在(zài)固定(dìng)反(fǎn)向(xiàng)電(diàn)壓下(xià)測量(liàng)芯片(piàn)的(de)反(fǎn)向(xiàng)電(diàn)流值。IR反(fǎn)映的(de)是(shì)芯片(piàn)內(nèi)部(bù)缺陷的(de)數量(liàng)。IR值越大(dà)，則说(shuō)明芯片(piàn)內(nèi)部(bù)缺陷越多(duō)。

要提(tí)升(shēng)ESD能(néng)力和(hé)IR表(biǎo)現(xiàn)，必須在(zài)外(wài)延结構和(hé)芯片(piàn)结構方(fāng)面(miàn)做出(chū)更(gèng)多(duō)優化(huà)。在(zài)芯片(piàn)分檔时(shí)，通(tòng)过(guò)嚴格的(de)分檔标(biāo)准，可以(yǐ)有(yǒu)效的(de)把(bǎ)ESD能(néng)力和(hé)IR表(biǎo)現(xiàn)较弱(ruò)的(de)芯片(piàn)剔除掉，從而(ér)提(tí)升(shēng)芯片(piàn)上(shàng)屏後(hòu)的(de)可靠性(xìng)。