În comparație cu alte tehnologii de afișare, afișajele LED au avantajele auto-iluminării, reproducerii excelente a culorilor, ratei de reîmprospătare ridicate, economisirii energiei și întreținerii ușoare. Cele două caracteristici ale luminozității ridicate și ale dimensiunilor super-mari pot fi obținute prin îmbinare sunt factorii decisivi pentru creșterea rapidă a ecranelor de afișare led în ultimele două decenii. În domeniul afișajului exterior cu ecran mare, până în prezent nicio altă tehnologie nu poate concura cu tehnologia de afișare LED.
Dar, în trecut, afișajele LED au avut, de asemenea, deficiențele sale, cum ar fi spațierea mare dintre margelele de lampă ambalate, rezultând o rezoluție scăzută, care nu este potrivită pentru vizualizarea în interior și aproape. Pentru a îmbunătăți rezoluția, este necesar să se reducă spațierea dintre margelele lămpii, dar dimensiunea margelelor lămpii este redusă. Deși rezoluția întregului ecran poate fi îmbunătățită, costul va crește rapid. Costul excesiv afectează aplicarea comercială la scară largă a afișajelor LED cu pas mic. .
În ultimii ani, datorită eforturilor producătorilor de cipuri și ambalajelor, producătorilor de circuite IC și producătorilor de ecrane, costul dispozitivelor cu un singur pachet a devenit din ce în ce mai mic, dispozitivele cu pachete LED au devenit din ce în ce mai mici, iar pitch-urile pixelilor de afișare au devenit din ce în ce mai mici. Rezoluția devine din ce în ce mai mare, ceea ce face ca avantajele afișajului LED cu pas mic în ecranul interior cu ecran mare să fie din ce în ce mai evidente.
În prezent, LED-urile cu terenuri mici sunt utilizate în principal în mass-media publicitară, stadioane, fundaluri de scenă, inginerie municipală și alte domenii și continuă să dezvolte piețe în transporturi, radiodifuziune, armată și în alte domenii. Se estimează că, până în 2018, dimensiunea pieței va fi de aproape zeci de miliarde. Se poate anticipa că, în următorii câțiva ani, afișajul LED cu pas mic va continua să-și extindă cota de piață și să ocupe spațiul de piață al proiecției spate DLP. Potrivit Institutului de Cercetare a Valorilor Mobiliare Everbright din China, până în 2020, rata de înlocuire a afișajelor LED cu pas mic pentru proiecțiile din spate DLP va ajunge la 70% până la 80%.
Autorul este implicat în industria de fabricare a cipurilor led-uri albastru-verde și a fost implicat în dezvoltarea de produse de mai mulți ani. Din perspectiva designului de produs și a tehnologiei de proces, dezvoltarea ecranelor de afișare LED cu pas mic va discuta despre cererea de cipuri LED albastru-verde, precum și despre posibile contramăsuri pe partea de cip.
2. Cererea afișajului LED cu pas mic pentru cipuri LED
Ca nucleu al afișajului LED, cipul LED joacă un rol vital în dezvoltarea LED-urilor cu pas mic. Realizările actuale și dezvoltarea viitoare a afișajelor LED cu pas mic se bazează pe eforturi neîncetate pe partea de cip.
Pe de o parte, pasul punct al ecranului de afișare interior a fost redus treptat de la începutul P4 la P1.5, P1.0 și P0.8 în dezvoltare. În mod corespunzător, dimensiunea șiragului de mărgele lămpii a fost redusă de la 3535 și 2121 la 1010. Unii producători au dezvoltat dimensiunile 0808 și 0606, iar unii producători dezvoltă chiar și dimensiuni 0404.
După cum știm cu toții, micșorarea margelelor de lampă ambalate va necesita în mod inevitabil micșorarea dimensiunii cipului. În prezent, suprafața cipurilor albastru-verde pentru ecranele de afișare cu pas mic utilizate în mod obișnuit pe piață este de aproximativ 30 mil2, iar unele fabrici de cipuri produc deja cipuri producătoare în masă de 25 mil2 sau chiar 20 mil2.
Pe de altă parte, pe măsură ce suprafața cipului devine mai mică și luminozitatea single-core scade, o serie de probleme care afectează calitatea afișajului au devenit, de asemenea, proeminente.
în primul rând este cerința pentru scara gri. Spre deosebire de ecranele exterioare, dificultatea cererii de ecran interior nu constă în luminozitate, ci în tonuri de gri. În prezent, cerința de luminozitate a ecranului interior cu spațiere mare este de aproximativ 1500 cd/m2 -2000 cd/m2, iar luminozitatea afișajului led cu pas mic este în general de aproximativ 600 cd/m2 -800 cd/m2, iar cea mai potrivită pentru atenția pe termen lung Cea mai bună luminozitate este de aproximativ 100 cd/m2 -300cd/m2.
Una dintre problemele actuale ale ecranelor LED cu pas mic este "luminozitate scăzută și gri scăzut". Adică, scara gri nu este suficientă la luminozitate scăzută. Pentru a obține "luminozitate scăzută și gri ridicat", capătul actual al pachetului adoptă un suport negru. Deoarece suportul negru are o reflexie slabă asupra cipului, cipul trebuie să aibă o luminozitate suficientă.
Urmează problema uniformității afișajului. În comparație cu ecranele convenționale, cu cât spațierea va provoca probleme mai mici, cum ar fi afterglow, prima scanare mai întunecată, luminozitate scăzută roșiatică și gri scăzut neuniform. În prezent, ca răspuns la probleme cum ar fi afterglow, prima scanare întuneric și gri scăzut și roșu, atât partea de ambalare și partea de control IC au făcut eforturi pentru a atenua în mod eficient aceste probleme. Uniformitatea luminozității în tonuri de gri scăzute a fost, de asemenea, corectată punct cu punct. Tehnologia s-a relaxat. Cu toate acestea, ca una dintre cauzele profunde ale problemei, este nevoie de mai mult efort pe partea de cip. Mai exact, uniformitatea luminozității sub curentul mic este mai bună, iar consistența capacității parazitare este mai bună.
A treia problemă este fiabilitatea. Standardul actual al industriei este că valoarea admisibilă a ratei de lumină moartă cu LED-uri este una din zece mii, ceea ce, evident, nu este potrivit pentru afișajele LED cu pas mic. Datorită densității mari a pixelilor ecranului cu pas mic și a distanței scurte de vizualizare, dacă există 10.000 de lumini, va exista 1 lumină moartă, iar efectul este inacceptabil. În viitor, rata luminii moarte trebuie controlată la o sută de miimi sau chiar la o milionime pentru a satisface nevoile de utilizare pe termen lung.
În general, dezvoltarea LED-urilor cu pas mic necesită ca segmentul cipului să reducă dimensiunea, să crească luminozitatea relativă, consistența bună a luminozității sub curentul mic, consistența bună a capacității parazitare și fiabilitatea ridicată.
Trei soluții, pe partea de cipuri
1. Reducerea dimensiunii cipului de reducere a dimensiunii cipului
La suprafață, este problema designului aspectului. Se pare că poate fi rezolvată prin proiectarea unui aspect mai mic în funcție de nevoi. Cu toate acestea, poate reducerea dimensiunii cipului să continue la nesfârșit? Răspunsul este nu. Există mai multe motive care restricționează gradul de reducere a dimensiunii cipului:
(1) Restricții privind prelucrarea ambalajelor. În procesul de ambalare, doi factori limitează reducerea dimensiunii cipului. Una este restricția duzei. Lipirea matriței trebuie să ridice cipul, iar partea scurtă a cipului trebuie să fie mai mare decât diametrul interior al duzei de aspirație. În prezent, există duze rentabile cu un diametru interior de aproximativ 80um. Al doilea este limitarea lipirii sârmei. Primul este că tamponul de lipire a firului, adică electrodul cipului trebuie să fie suficient de mare, altfel fiabilitatea lipirii firului nu poate fi garantată. Industria a raportat că diametrul minim al electrodului este de 45um; în al doilea rând, distanța dintre electrozi trebuie să fie suficient de mare, altfel cele două legături de sârmă vor interfera în mod inevitabil unul cu celălalt.
(2) Limitări ale procesării cipurilor. Există, de asemenea, două limitări în procesul de procesare a cipurilor. Una este limitarea aspectului. În plus față de limitările capătului pachetului menționat mai sus, sunt necesare dimensiunea electrodului și spațierea electrodului, distanța dintre electrod și MESA, lățimea benzii scribului și spațierea liniei limită a diferitelor straturi au limitările lor, caracteristicile actuale ale cipului, capacitatea de proces SD și capacitatea de procesare a fotolitografiei. Determinați domeniul de aplicare al restricțiilor specifice. În general, distanța minimă de la electrodul P până la marginea cipului este limitată la 14 μm sau mai mult.
Al doilea este limitarea capacității de tăiere. Procesul de tăiere SD + divizare mecanică are limitele sale, iar dimensiunea cipului nu poate fi împărțită dacă dimensiunea cipului este prea mică. Când diametrul plăcuței crește de la 2 inci la 4 inci sau la 6 inci în viitor, dificultatea de tăiere și divizare va crește în consecință, adică dimensiunea cipului procesabil va crește în consecință. Luând ca exemplu un cip de 4 inci, dacă lungimea laterală scurtă a cipului este mai mică de 90μm și raportul de aspect este mai mare de 1,5:1, pierderea de randament va crește semnificativ.
Pe baza motivelor de mai sus, autorul prezice cu îndrăzneală că, după ce dimensiunea cipului este redusă la 17mil2, capacitățile de proiectare și procesare a cipurilor vor fi aproape de limită și practic nu există loc pentru reducere, cu excepția cazului în care există o mare descoperire în planul de tehnologie a cipurilor.
2. Luminozitatea crește
Îmbunătățirea luminozității este tema eternă a părții cipului. Fabrica de cipuri optimizează efectul cuantic intern prin optimizarea programului epitaxial și îmbunătățește efectul cuantic extern prin ajustarea structurii cipului.
Cu toate acestea, pe de o parte, micșorarea dimensiunii cipului va duce în mod inevitabil la reducerea zonei emițătoare de lumină și la reducerea luminozității cipului. Pe de altă parte, pasul cu puncte al ecranului de afișare cu pas mic este redus, iar cererea de luminozitate cu un singur cip este redusă. Există o relație complementară între cele două, dar trebuie să existe o linie de fund. În prezent, pentru a reduce costul părții cipului, este în principal să se facă scădere pe structură, care de obicei trebuie să plătească prețul de reducere a luminozității. Prin urmare, modul de cântărire a compromisurilor este o problemă pe care industria ar trebui să o acorde atenție.
3. Consecvență în condiții de curent scăzut
Așa-numitul curent scăzut este relativ la curentul utilizat de așchii convenționale de interior și exterior. Curba I-V a cipului prezentată în figura de mai jos, așchii convenționale de interior și exterior funcționează într-o zonă de lucru liniară, iar curentul este relativ mare. Cu toate acestea, cipurile LED cu pas mic trebuie să funcționeze într-o zonă de lucru neliniară aproape de punctul 0, iar curentul este relativ mic.
În zona de lucru neliniară, cipul LED este afectat de pragul de comutare a semiconductorilor, iar diferența dintre cipuri este mai evidentă. Analizând discretitatea luminozității și lungimii de undă pentru un număr mare de cipuri, este ușor de observat că discretitatea zonei de lucru neliniare este mult mai mare decât zona de lucru liniară. Aceasta este o provocare inerentă pe partea de cip în prezent.
Modul de abordare a acestei probleme este de a optimiza mai întâi direcția epitaxială pentru a reduce limita inferioară a zonei de lucru liniare; în al doilea rând pentru a optimiza spectroscopia cip pentru a distinge chips-uri cu caracteristici diferite.
4. Consistența capacității parazitare
În prezent, nu există nicio condiție pe partea cipului pentru a măsura direct caracteristicile de capacitate ale cipului. Relația dintre caracteristicile capacității și elementele convenționale de măsurare este încă neclară, iar cei care așteaptă ca industria să rezume. Direcția optimizării pe partea de cip este în primul rând ajustarea extensiei, iar cealaltă este rafinamentul binning-ului electric, dar costul este foarte mare și nu este recomandat.
5. Fiabilitate
Fiabilitatea pe partea de cip poate fi descrisă de diverși parametri în procesul de ambalare și îmbătrânire a cipului. Dar, în general, factorii care afectează fiabilitatea cipului după ce este instalat pe ecran sunt în principal ESD și IR.
ESD se referă la capacitatea antistatică. Conform rapoartelor industriei IC, mai mult de 50% din eșecurile cipurilor sunt legate de ESD. Pentru a îmbunătăți fiabilitatea cipurilor, capacitățile ESD trebuie îmbunătățite. Cu toate acestea, în condițiile aceleiași plăcuțe epitaxiale și a aceleiași structuri de cipuri, dimensiunea mai mică a cipului va duce în mod inevitabil la slăbirea capacității ESD. Acest lucru este direct legat de densitatea curentului și caracteristicile de capacitate a cipului și nu poate fi rezistat.
IR se referă la scurgeri inverse, de obicei valoarea curentului invers al cipului este măsurată sub o tensiune fixă inversă. IR reflectă numărul de defecte din interiorul cipului. Cu cât valoarea IR este mai mare, cu atât mai multe defecte în interiorul cipului.
Pentru a îmbunătăți capacitatea ESD și performanța IR, trebuie făcute mai multe optimizări în structura epitaxială și structura cipului. În binning-ul cu cipuri, prin standarde stricte de binning, cipurile cu capacitate ESD slabă și performanțe IR pot fi eliminate în mod eficient, îmbunătățind astfel fiabilitatea cipului după ce este instalat pe ecran.
Patru, rezumat
Pe scurt, autorul analizează seria de provocări cu care se confruntă capătul cipului LED cu dezvoltarea de afișaje LED cu pas mic și oferă planuri de îmbunătățire sau direcții unul câte unul. Trebuie spus că există încă mult loc pentru optimizarea cipurilor LED. Cum să se îmbunătățească încă așteaptă ca industria să-și folosească ingeniozitatea și să depună eforturi continue.
