По сравнению с другими технологиями отображения, светодиодные дисплеи имеют преимущества самоосвещенности, отличной цветопередачи, высокой частоты обновления, энергосбережения и простоты обслуживания. Две характеристики высокой яркости и сверхбольших размеров могут быть достигнуты за счет сращивания, являются решающими факторами для быстрого роста светодиодных экранов в последние два десятилетия. В области широкоэкранных наружных дисплеев пока никакая другая технология не может конкурировать с технологией светодиодных дисплеев.
Но в прошлом светодиодные дисплеи также имели свои недостатки, такие как большое расстояние между упакованными шариками лампы, что приводило к низкому разрешению, которое не подходит для внутреннего и близкого просмотра. Для того чтобы улучшить разрешение, необходимо уменьшить расстояние между бусинами лампы, но размер бусин лампы уменьшается. Хотя разрешение всего экрана может быть улучшено, стоимость будет быстро расти. Чрезмерная стоимость влияет на крупномасштабное коммерческое применение малотонных светодиодных дисплеев. .
В последние годы, благодаря усилиям производителей чипов и упаковок, производителей схем ИС и экранов, стоимость устройств с одним корпусом становится все ниже и ниже, устройства со светодиодной упаковкой становятся все меньше и меньше, а шаг пикселей дисплея становится все меньше и меньше. Разрешение становится все выше и выше, что делает преимущества светодиодного дисплея малого шага в помещении с большим экраном все более и более очевидными.
В настоящее время светодиоды малого поля в основном используются в рекламных средствах массовой информации, стадионах, сценических фонах, муниципальном машиностроении и других областях и продолжают развивать рынки в транспортной, вещательной, военной и других областях. По оценкам, к 2018 году размер рынка будет близок к десяткам миллиардов. Можно прогнозировать, что в ближайшие несколько лет малотоннажный светодиодный дисплей продолжит расширять свою долю на рынке и занимать рыночное пространство DLP-задней проекции. По данным Китайского научно-исследовательского института ценных бумаг Everbright, к 2020 году коэффициент замены светодиодных дисплеев малого шага для задних проекций DLP достигнет 70-80%.
Автор занимается производством сине-зеленых светодиодных чипов и много лет занимается разработкой продуктов. С точки зрения дизайна продукта и технологических процессов, разработка светодиодных экранов с малым шагом будет обсуждать спрос на сине-зеленые светодиодные чипы, а также возможные контрмеры на стороне чипа.
2. Спрос светодиодного дисплея малого шага на светодиодные чипы
Как ядро светодиодного дисплея, светодиодный чип играет жизненно важную роль в разработке светодиодов малого шага. Текущие достижения и будущее развитие светодиодных дисплеев малого шага зависят от неустанных усилий на стороне чипа.
С одной стороны, шаг точек внутреннего экрана дисплея был постепенно уменьшен с раннего P4 до P1.5, P1.0 и P0.8 в разработке. Соответственно, размер шарика лампы был уменьшен с 3535 и 2121 до 1010. Некоторые производители разработали размеры 0808 и 0606, а некоторые производители даже разрабатывают размеры 0404.
Как мы все знаем, усадка упакованных шариков лампы неизбежно потребует уменьшения размера чипа. В настоящее время площадь поверхности сине-зеленых чипов для экранов с малым шагом, обычно используемых на рынке, составляет около 30 мил2, а некоторые заводы по производству чипов уже массово производят чипы 25 мил2 или даже 20 мил2.
С другой стороны, по мере того, как площадь поверхности чипа становится меньше, а яркость одноядерного процессора уменьшается, ряд проблем, которые влияют на качество отображения, также стали заметными.
Во-первых, это требование к шкале серого. В отличие от наружных экранов, сложность спроса на внутренние экраны заключается не в яркости, а в оттенках серого. В настоящее время требование к яркости внутреннего экрана с большим расстоянием составляет около 1500 кд / м2 -2000 кд / м2, а яркость светодиодного дисплея малого шага обычно составляет около 600 кд / м2 -800 кд / м2, и наиболее подходящая для долгосрочного внимания Лучшая яркость составляет около 100 кд / м2 -300 кд / м2.
Одной из актуальных проблем малотонковых светодиодных экранов является «низкая яркость и низкий серый». То есть шкалы серого недостаточно при низкой яркости. Чтобы достичь «низкой яркости и высокого серого», текущий конец пакета принимает черную скобку. Поскольку черный кронштейн имеет слабое отражение на чипе, чип должен иметь достаточную яркость.
Далее следует проблема однородности отображения. По сравнению с обычными экранами, меньший интервал вызовет такие проблемы, как послесвечение, более темное первое сканирование, красноватая низкая яркость и неравномерный низкий серый. В настоящее время в ответ на такие проблемы, как послесвечение, первое сканирование темного и низкого серого и красного, как сторона упаковки, так и сторона управления IC приложили усилия для эффективного устранения этих проблем. Равномерность яркости при низких оттенках серого также корректировалась пункт за пунктом. Технологии ослабли. Однако, как одна из коренных причин проблемы, требуется больше усилий на стороне чипа. В частности, равномерность яркости при малом токе лучше, а консистенция паразитной емкости лучше.
Третий вопрос – надежность. Текущий отраслевой стандарт заключается в том, что допустимое значение скорости светодиодного мертвого света составляет один к десяти тысячам, что явно не подходит для светодиодных дисплеев малого шага. Из-за высокой плотности пикселей малотоннажного экрана и короткого расстояния просмотра, если есть 10 000 огней, будет 1 мертвый свет, и эффект недопустим. В будущем скорость света должна контролироваться на уровне ста тысячных или даже одной миллионной, чтобы удовлетворить потребности долгосрочного использования.
В целом, разработка светодиодов малого шага требует от сегмента чипа уменьшения размера, увеличения относительной яркости, хорошей согласованности яркости при малом токе, хорошей согласованности паразитной емкости и высокой надежности.
Три решения на стороне чипа
1. Уменьшение размера чипа уменьшение размера
На первый взгляд, это проблема компоновки. Кажется, что это можно решить, разработав меньший макет в соответствии с потребностями. Однако может ли уменьшение размера чипа продолжаться бесконечно? Мой ответ – нет. Существует несколько причин, ограничивающих степень уменьшения размера чипа:
(1) Ограничения на обработку упаковки. В процессе упаковки два фактора ограничивают уменьшение размера чипа. Одним из них является ограничение сопла. Склеивание матрицы должно поднимать стружку, а короткая сторона чипа должна быть больше, чем внутренний диаметр всасывающего сопла. В настоящее время существуют экономичные сопла с внутренним диаметром около 80 мкм. Во-вторых, ограничение склеивания проволоки. Первая заключается в том, что проволочная склеивающая площадка, то есть чип-электрод, должна быть достаточно большой, иначе надежность склеивания проволоки не может быть гарантирована. Промышленность сообщила, что минимальный диаметр электрода составляет 45 мкм; во-вторых, расстояние между электродами должно быть достаточно большим, иначе склеивание двух проводов неизбежно будет мешать друг другу.
(2) Ограничения обработки чипов. Существует также два ограничения в процессе обработки чипов. Одним из них является ограничение макета. В дополнение к ограничениям вышеупомянутого конца упаковки, размер электрода и расстояние между электродами, расстояние между электродом и MESA, ширина полосы скриба и расстояние между границами различных слоев имеют свои ограничения, текущие характеристики чипа, возможность процесса SD и возможность обработки фотолитографии. Определите область действия конкретных ограничений. Как правило, минимальное расстояние от P-электрода до края микросхемы ограничено 14 мкм или более.
Второе – ограничение режущей способности. Процесс SD dicing + mechanical splitting имеет свои пределы, и размер чипа может не быть разделен, если размер чипа слишком мал. Когда диаметр пластины увеличится с 2 дюймов до 4 дюймов, или до 6 дюймов в будущем, сложность нарезки и расщепления соответственно возрастет, то есть размер обрабатываемого чипа соответственно увеличится. Взяв в качестве примера 4-дюймовый чип, если короткая длина стороны чипа составляет менее 90 мкм, а соотношение сторон больше 1,5:1, потеря ресурса значительно увеличится.
Основываясь на вышеуказанных причинах, автор смело прогнозирует, что после того, как размер чипа уменьшится до 17mil2, возможности проектирования и обработки чипа будут близки к пределу, и в принципе нет места для сокращения, если только не произойдет большого прорыва в технологическом плане чипа.
2. Увеличение яркости
Улучшение яркости - вечная тема стороны чипа. Фабрика чипов оптимизирует внутренний квантовый эффект за счет оптимизации эпитаксиальной программы и улучшает внешний квантовый эффект за счет корректировки структуры чипа.
Однако, с одной стороны, уменьшение размера чипа неизбежно приведет к уменьшению светоизлучающей площади и снижению яркости чипа. С другой стороны, уменьшается шаг точек экрана с малым шагом, а спрос на однокристальную яркость уменьшается. Между ними существует взаимодополняющая связь, но должна быть нижняя линия. В настоящее время для того, чтобы снизить стоимость чиповой стороны, в основном необходимо произвести вычитание по структуре, которую обычно приходится расплачиваться за снижение яркости. Поэтому то, как взвесить компромиссы, является проблемой, на которую отрасль должна обратить внимание.
3. Согласованность при слабом токе
Так называемый низкий ток относится к току, используемому обычными внутренними и наружными чипами. Кривая I-V чипа показана на рисунке ниже, обычные внутренние и наружные чипы работают в линейной рабочей зоне, а ток относительно большой. Однако светодиодные чипы малого шага должны работать в нелинейной рабочей зоне, близкой к точке 0, а ток относительно небольшой.
В нелинейной рабочей области на светодиодный чип влияет порог переключения полупроводников, и разница между чипами более очевидна. Анализируя дискретность яркости и длины волны для большого количества чипов, нетрудно заметить, что дискретность нелинейной рабочей области значительно больше, чем линейной рабочей области. В настоящее время это неотъемлемая проблема на стороне чипа.
Способ решения этой проблемы заключается в оптимизации эпитаксиального направления в первую очередь для уменьшения нижней границы линейной рабочей области; во-вторых, оптимизировать спектроскопию чипов, чтобы различать чипы с различными характеристиками.
4. Консистенция паразитной емкости
В настоящее время на стороне чипа нет условий для непосредственного измерения емкостных характеристик чипа. Взаимосвязь между емкостными характеристиками и обычными элементами измерения до сих пор неясна, и те, кто ждет, когда отрасль подведет итоги. Направление оптимизации на стороне чипа — это, во-первых, регулировка расширения, а другое — доработка электрического биннинга, но стоимость очень высока и не рекомендуется.
5. Надежность
Надежность на стороне чипа может быть описана различными параметрами в процессе упаковки чипа и старения. Но в целом факторами, влияющими на надежность чипа после его установки на экран, являются в основном ESD и IR.
ESD относится к антистатической способности. Согласно отраслевым отчетам IC, более 50% отказов чипов связаны с ESD. Для повышения надежности микросхем необходимо улучшить возможности электростатического разряда. Однако при условии той же эпитаксиальной пластины и той же структуры чипа меньший размер чипа неизбежно приведет к ослаблению возможностей ESD. Это напрямую связано с плотностью тока и характеристиками емкости чипа и не может быть противопоставлено.
ИК относится к обратной утечке, обычно значение обратного тока чипа измеряется при фиксированном обратном напряжении. ИК отражает количество дефектов внутри чипа. Чем больше значение ИК, тем больше дефектов внутри чипа.
Чтобы улучшить возможности ESD и ИК-производительность, необходимо провести дополнительную оптимизацию эпитаксиальной структуры и структуры чипа. При биннинге чипов, благодаря строгим стандартам биннинга, чипы со слабой возможностью ESD и ИК-производительностью могут быть эффективно устранены, тем самым повышая надежность чипа после его установки на экран.
Четыре, резюме
Таким образом, автор анализирует ряд задач, стоящих перед светодиодным чипом, заканчивающихся разработкой малотонных светодиодных дисплеев, и дает планы или направления по улучшению один за другим. Стоит сказать, что есть еще много места для оптимизации светодиодных чипов. Как совершенствоваться еще ждет, чтобы отрасль использовала свою изобретательность и прилагала постоянные усилия.
