Sammenlignet med andre skærmteknologier har LED-skærme fordelene ved selvbelysning, fremragende farvegengivelse, høj opdateringshastighed, strømbesparelse, og nem vedligeholdelse. De to egenskaber ved høj lysstyrke og superstinkt størrelse kan opnås gennem splejsning er de afgørende faktorer for den hurtige vækst af ledede skærme i de sidste to årtier. Inden for udendørs skærm med stor skærm kan ingen anden teknologi indtil videre konkurrere med LED-skærmteknologi.
Men tidligere havde LED-skærme også sine mangler, såsom den store afstand mellem de pakkede lampeperler, hvilket resulterede i lav opløsning, hvilket ikke er egnet til indendørs og tæt visning. For at forbedre opløsningen er det nødvendigt at reducere afstanden mellem lampeperlerne, men lampeperlernes størrelse reduceres. Selvom opløsningen på hele skærmen kan forbedres, vil omkostningerne stige hurtigt. De overdrevne omkostninger påvirker den store kommercielle anvendelse af LED-skærme med lille tonehøjde. .
I de senere år, takket være indsatsen fra chipproducenter og emballageproducenter, IC-kredsløbsproducenter, og skærmproducenter, omkostningerne ved enkeltpakkeenheder er blevet lavere og lavere, LED-pakkeenheder er blevet mindre og mindre, og displaypixelpladser er blevet mindre og mindre. Opløsningen bliver højere og højere, hvilket gør fordelene ved LED-skærm med lille tonehøjde i indendørs storskærmsskærm mere og mere indlysende.
På nuværende tidspunkt bruges små tonehøjde LED'er hovedsageligt i reklamemedier, stadioner, scenebaggrunde, kommunal teknik og andre områder og fortsætter med at udvikle markeder inden for transport, udsendelse, militær og andre områder. Det anslås, at markedsstørrelsen i 2018 vil være tæt på titusindvis af milliarder. Det kan forudsiges, at i de næste par år, den lille tonehøjde LED-skærm vil fortsætte med at udvide sin markedsandel og besætte markedet for DLP-bagprojektion. Ifølge China Everbright Securities Research Institute, i 2020, udskiftningshastigheden for små LED-skærme til DLP-bagfremskrivninger vil nå 70% til 80%.
Forfatteren er engageret i den blågrønne LED-chipfremstillingsindustri og har været involveret i produktudvikling i mange år. Fra perspektivet af produktdesign og procesteknologi, udviklingen af små LED-skærme vil diskutere efterspørgslen efter blågrønne LED-chips, samt mulige modforanstaltninger på chipsiden.
2. LED-skærm med lille tonehøjde efterspørgsel efter LED-chips
Som kernen i LED-skærmen spiller LED-chippen en afgørende rolle i udviklingen af LED'er med lille tonehøjde. De nuværende resultater og den fremtidige udvikling af LED-skærme med lille tonehøjde er afhængige af utrættelig indsats på chipsiden.
På den ene side er prikhøjden på den indendørs skærm gradvist blevet reduceret fra den tidlige P4 til P1.5, P1.0 og P0.8 under udvikling. Tilsvarende er lampeperlestørrelsen reduceret fra 3535 og 2121 til 1010. Nogle producenter har udviklet 0808 og 0606 størrelser, og nogle producenter udvikler endda 0404 størrelser.
Som vi alle ved, vil krympningen af de emballerede lampeperler uundgåeligt kræve krympning af chipstørrelsen. På nuværende tidspunkt er overfladearealet af blågrønne chips til små skærme, der almindeligvis anvendes på markedet, ca. 30 mil2, og nogle chipfabrikker masseproducerer allerede chips på 25 mil2 eller endda 20 mil2.
På den anden side, da chippens overfladeareal bliver mindre, og single-core lysstyrken falder, er en række problemer, der påvirker skærmkvaliteten, også blevet fremtrædende.
for det første er kravet om gråskala. I modsætning til udendørs skærme ligger vanskeligheden ved indendørs skærmefterspørgsel ikke i lysstyrke, men i gråtoner. På nuværende tidspunkt er lysstyrkekravet for indendørs skærm med stor afstand ca. 1500 cd / m2 -2000 cd / m2, og lysstyrken på led-skærm med lille tonehøjde er generelt omkring 600 cd / m2 -800 cd / m2 og den mest egnede til langvarig opmærksomhed Den bedste lysstyrke er omkring 100 cd / m2 -300cd / m2.
Et af de nuværende problemer med LED-skærme med lille tonehøjde er "lav lysstyrke og lav grå". Det vil sige, at gråskalaen ikke er nok ved lav lysstyrke. For at opnå "lav lysstyrke og høj grå" vedtager den aktuelle pakkeende en sort beslag. Da det sorte beslag har svag refleksion på chippen, skal chippen have tilstrækkelig lysstyrke.
Dernæst er problemet med skærmens ensartethed. Sammenlignet med konventionelle skærme, jo mindre afstanden vil forårsage problemer som efterglød, mørkere første scanning, rødlig lav lysstyrke og ujævn lav grå. På nuværende tidspunkt har både emballagesiden og IC-kontrolsiden gjort en indsats for effektivt at afhjælpe disse problemer som reaktion på problemer som efterglød, først scanne mørke og lave grå og røde. Ensartetheden af lysstyrken under lave gråtoner er også blevet korrigeret punkt for punkt. Teknologien er lettet. Men som en af de grundlæggende årsager til problemet er der behov for en større indsats på chipsiden. Specifikt er ensartetheden af lysstyrke under lille strøm bedre, og konsistensen af parasitisk kapacitans er bedre.
Det tredje problem er pålidelighed. Den nuværende industristandard er, at den tilladte værdi af LED-dødlyshastigheden er en ud af ti tusinde, hvilket naturligvis ikke er egnet til LED-skærme med lille tonehøjde. På grund af den høje pixeltæthed på den lille skærm og den korte synsafstand, hvis der er 10.000 lys, vil der være 1 dødt lys, og effekten er uacceptabel. I fremtiden skal dødlyshastigheden kontrolleres til hundrede tusindedele eller endda en milliontedle for at imødekomme behovene ved langvarig brug.
Generelt kræver udviklingen af led'er med lille tonehøjde, at chipsegmentet reducerer størrelsen, øger den relative lysstyrke, god lysstyrkekonsistens under lille strøm, god parasitisk kapacitanskonsistens og høj pålidelighed.
Tre løsninger på chipsiden
1. Reduktion af størrelsesreduktion af chipstørrelse
På overfladen er det problemet med layoutdesign. Det ser ud til, at det kan løses ved at designe et mindre layout efter behovene. Men kan reduktionen af chipstørrelsen fortsætte på ubestemt tid? Svaret er nej. Der er flere grunde, der begrænser graden af reduktion af chipstørrelse:
(1) Restriktioner for forarbejdning af emballage. I emballeringsprocessen begrænser to faktorer reduktionen af chipstørrelsen. Den ene er begrænsningen af dysen. Diebinding skal samle chippen op, og den korte side af chippen skal være større end sugedysens indvendige diameter. Der er i øjeblikket omkostningseffektive dyser med en indvendig diameter på ca. 80um. Den anden er begrænsningen af trådbinding. Den første er, at trådbindingspuden, det vil sige chipelektroden, skal være stor nok, ellers kan pålideligheden af trådbindingen ikke garanteres. Industrien rapporterede, at den mindste elektrodediameter er 45um; For det andet skal afstanden mellem elektroderne være stor nok, ellers vil de to trådbinding uundgåeligt forstyrre hinanden.
(2) Begrænsninger ved chipbehandling. Der er også to begrænsninger i chipbehandlingsprocessen. Den ene er begrænsningen af layoutet. Ud over begrænsningerne i ovennævnte pakkeende kræves elektrodestørrelse og elektrodeafstand, afstanden mellem elektroden og MESA, bredden af skriverbanen og grænselinjeafstanden mellem forskellige lag har deres begrænsninger, chippens aktuelle egenskaber, SD-proceskapaciteten og fotolitografiens behandlingsevne. Bestem omfanget af de specifikke begrænsninger. Generelt er den mindste afstand fra P-elektroden til kanten af chippen begrænset til 14 μm eller mere.
Det andet er begrænsningen af skæreevnen. SD-terninger + mekanisk opdelingsproces har sine grænser, og chipstørrelsen må ikke opdeles, hvis chipstørrelsen er for lille. Når waferens diameter stiger fra 2 tommer til 4 tommer eller til 6 tommer i fremtiden, vil vanskeligheden ved terninger og opdeling stige tilsvarende, det vil sige størrelsen på den bearbejdelige chip vil stige tilsvarende. Hvis man tager en 4-tommers chip som et eksempel, hvis chippens korte sidelængde er mindre end 90 μm, og billedformatet er større end 1.5: 1, vil udbyttetabet stige betydeligt.
Baseret på ovenstående grunde forudsiger forfatteren dristigt, at efter at chipstørrelsen er reduceret til 17mil2, vil chipdesignet og behandlingskapaciteten være tæt på grænsen, og der er stort set ikke plads til reduktion, medmindre der er et stort gennembrud i chipteknologiplanen.
2. Lysstyrkeforøgelse
Lysstyrkeforbedring er det evige tema på chipsiden. Chipfabrikken optimerer den interne kvanteeffekt gennem optimering af det epitaksiale program og forbedrer den eksterne kvanteeffekt gennem justering af chipstrukturen.
På den ene side vil krympningen af chipstørrelsen uundgåeligt føre til reduktion af det lysemitterende område og reduktion af chipens lysstyrke. På den anden side reduceres dot pitch-skærmen på den lille skærm, og efterspørgslen efter single-chip lysstyrke reduceres. Der er et komplementært forhold mellem de to, men der skal være en bundlinje. På nuværende tidspunkt er det for at reducere omkostningerne ved chipsiden hovedsageligt at foretage subtraktion på strukturen, som normalt skal betale prisen for at reducere lysstyrken. Derfor er det et problem, som branchen bør være opmærksom på, hvordan man afvejer afvejningerne.
3. Konsistens under lav strøm
Den såkaldte lave strøm er i forhold til den strøm, der anvendes af konventionelle indendørs og udendørs chips. Chip I-V-kurven vist i figuren nedenfor, konventionelle indendørs og udendørs chips arbejder i et lineært arbejdsområde, og strømmen er relativt stor. Imidlertid skal LED-chips med lille tonehøjde arbejde i et ikke-lineært arbejdsområde tæt på 0-punktet, og strømmen er relativt lille.
I det ikke-lineære arbejdsområde påvirkes LED-chippen af halvlederomskiftningstærsklen, og forskellen mellem chipsene er mere indlysende. Ved at analysere diskretheden af lysstyrke og bølgelængde for et stort antal chips er det let at se, at diskretheden af det ikke-lineære arbejdsområde er meget større end det lineære arbejdsområde. Dette er en iboende udfordring på chipsiden i øjeblikket.
Måden at håndtere dette problem på er først at optimere den epitaksiale retning for at reducere den nedre grænse for det lineære arbejdsområde; for det andet at optimere chipspektroskopien for at skelne chips med forskellige egenskaber.
4. Parasitisk kapacitanskonsistens
På nuværende tidspunkt er der ingen betingelse på chipsiden for direkte at måle chippens kapacitansegenskaber. Forholdet mellem kapacitansegenskaber og konventionelle måleelementer er stadig uklart, og dem, der venter på, at industrien opsummerer. Retningen for optimering på chipsiden er for det første justeringen af udvidelsen, og den anden er forfiningen af den elektriske binning, men omkostningerne er meget høje, og det anbefales ikke.
5. Pålidelighed
Chip-side pålidelighed kan beskrives ved forskellige parametre i chipemballage og aldringsprocessen. Men generelt er de faktorer, der påvirker chipens pålidelighed, efter at den er installeret på skærmen, hovedsageligt ESD og IR.
ESD refererer til antistatisk evne. Ifølge IC-industrirapporter er mere end 50% af chipfejl relateret til ESD. For at forbedre chippålideligheden skal ESD-funktionerne forbedres. Under forudsætning af den samme epitaksiale wafer og den samme chipstruktur vil den mindre chipstørrelse imidlertid uundgåeligt føre til svækkelse af ESD-kapaciteten. Dette er direkte relateret til strømtætheden og chipkaacitansegenskaberne og kan ikke modstås.
IR refererer til omvendt lækage, normalt måles chippens omvendte strømværdi under en fast omvendt spænding. IR afspejler antallet af defekter inde i chippen. Jo større IR-værdien er, desto flere fejl inde i chippen.
For at forbedre ESD-kapaciteten og IR-ydeevnen skal der foretages flere optimeringer i den epitaksiale struktur og chipstruktur. I chipbinning kan chips med svag ESD-kapacitet og IR-ydeevne effektivt elimineres gennem strenge binningstandarder og derved forbedre chippens pålidelighed, efter at den er installeret på skærmen.
Fire, resumé
Sammenfattende analyserer forfatteren rækken af udfordringer, som LED-chipenden står over for med udviklingen af LED-skærme med lille tonehøjde, og giver forbedringsplaner eller retninger en efter en. Det skal siges, at der stadig er meget plads til optimering af LED-chips. Hvordan man forbedrer sig, venter stadig på, at branchen bruger deres opfindsomhed og gør en kontinuerlig indsats.
