小间距全色LED显示屏在芯片方面提出了技术挑战，答案如下

发布于 2022-09-06 18:00 阅读（）

与其他显示技术相比，它具有自发光、出色的颜色恢复、高刷新率、节能和易于维护的优点。高亮度和拼接能力的结合实现了超大尺寸，这是过去二十年来全色LED显示器快速增长的决定性因素。迄今为止，还没有任何其他技术能与hypervault显示器相媲美。

但在过去，全色LED显示器有其缺点，例如封装珠之间的大间距，这导致分辨率较低，并使其不适合室内和近距离观看。为了提高分辨率，有必要减小灯珠之间的间距，但灯珠的尺寸虽然可以提高整个屏幕的分辨率，但成本会迅速上升，成本过高影响小间距全色LED显示器的大规模商业应用。

今天，我正在寻找一个小版的天狮广告，给你详细介绍这个问题。

近年来，在芯片制造和封装制造商、IC电路制造商和屏幕制造商的共同努力下，单封装器件的成本越来越低，器件越来越小，分辨率越来越高的全色间距越来越小，使小间距全彩LED显示屏在室内显示中的优势越来越明显。

目前，小间距LED主要应用于体育场馆、舞台背景、市政工程等领域，并在交通、广播、军事等领域不断拓展市场。预计到2018年，市场规模将接近100亿。可以预测，在未来几年，小间距全彩LED显示屏将继续扩大市场份额，并占据DLP背投的市场空间。根据光大证券研究所的预测，到2020年，用于DLP背投的小间距全色LED显示器的替换率将达到70%~80%。

作者在蓝色和绿色制造业工作，多年从事产品开发。以下从产品设计和工艺技术的角度描述了蓝色和绿色LED芯片的发展需求，以及芯片端的可能解决方案。

用于小间距全色LED显示器的LED芯片要求：

LED芯片作为全彩色LED显示器的核心，在小间距的过程中起着至关重要的作用。小间距全色LED显示器的当前成就和未来发展取决于芯片方的不懈努力。

一方面，室内显示点间距从早期的P4逐渐减小到，并正在开发中。相应地，灯珠的尺寸已经从3535和2121减小到1010。一些制造商已经开发了0808和0606尺寸，甚至一些制造商正在开发0404尺寸。众所周知，封装灯珠的尺寸减小，芯片的尺寸必须减小。目前，蓝绿芯片的共同市场面积约为30mil2，一些芯片厂已经开始批量生产25mil2，甚至20mil2芯片。

另一方面，芯片表面积变小，单核的亮度降低，影响显示质量的一系列问题变得突出。

首先是灰度要求。相反，对室内全色LED显示器的需求的困难不是亮度而是灰度级。目前，室内大间距屏幕的亮度需求为1500cd/㎡ -2000CD/㎡, 小间距全彩LED显示屏的亮度一般为600CD/㎡ -800CD/㎡, 长期注意力显示屏的最佳亮度为100CD/㎡-300cd/㎡. 目前，小间距全色LED显示器的难点之一是“低亮度和低灰度”。也就是说，在低亮度下灰度级不够。为实现“低亮度、高亮度”，当前封装侧采用黑括号方案。因为黑色支架对芯片的反射很弱，所以芯片需要有足够的亮度。

第二个问题是显示的均匀性。相反，当间距变小时，将出现诸如余辉、第一次扫描中的暗、低光中的红色和低灰度中的不均匀等问题。目前，封装端和IC控制端已经努力缓解余辉、第一次扫描变暗和低灰度变红的问题，并且通过逐点校正技术也缓解了低灰度级的亮度均匀性问题。但芯片方面，问题的根源之一，需要更多的努力。具体而言，小电流的亮度均匀性更好，寄生电容的一致性更好。

第三是可靠性。当前的行业标准是允许LED死光率为1/10000，这显然不适用于小间距全色LED显示器。由于像素的高密度和近距离，这种效果是不可接受的，因为10000个像素中有一个死光。未来，死灯率应控制在10万分之一甚至100万分之一，以满足长期使用的需求。

一般而言，小间距LED的发展对芯片段提出了以下要求：尺寸减小、相对亮度提高、小电流下的亮度一致性、寄生电容一致性和可靠性。

1、尺寸减小芯片尺寸减小，从表面上看，是一个版图设计问题，似乎只要需要设计更小的版图就可以解决。但芯片尺寸能无限缩小吗？答案是否定的。有几个原因限制了芯片尺寸减小的程度：

（1）包装加工的限制。在封装过程中，两个因素限制了芯片尺寸的减小。一个是吸嘴的局限性。切屑短边的尺寸必须大于吸嘴的内径。目前，高性价比喷嘴的内径约为80UM。第二是焊缝的限制。首先，芯片的电极必须足够大。否则，不能保证焊丝的可靠性。业内报道的最小电极直径为45um；其次，电极之间的间距必须足够大，否则两条焊接线将不可避免地相互干扰。

（2）芯片处理的限制。芯片处理也有两个限制。一是布局的局限性。除了对封装端、电极尺寸和电极间距的上述限制之外，电极和台面之间的距离、沟道的宽度以及不同层的边界间距也有其限制。芯片的当前特性、SD处理能力和光刻的处理能力决定了特定的限制。通常，P电极和芯片边缘之间的最小距离限制在14μm以上。第二个是刮伤能力的极限。SD芯片+机械芯片工艺有限制，芯片尺寸太小可能无法芯片。随着晶片的直径从2英寸增加到4英寸，或者将来增加到6英寸，切片芯片的难度增加，这意味着可以处理的芯片的尺寸增加。以4英寸芯片为例，如果芯片的短边长度小于90μm且纵横比大于：1，则产量损失将显著增加。

基于上述原因，作者大胆预测，芯片尺寸缩小到17mil2后，芯片设计和处理能力将接近极限，除非芯片技术方案有重大突破，否则基本上没有缩小的空间。

全彩促销是芯片方永恒的主题。芯片工厂可以通过外延程序优化来改善内部量子效应，通过调整芯片结构来改善外部量子效应。

然而，一方面，芯片的尺寸必然会导致发光面积的减小，芯片亮度降低。另一方面，小间距全色LED显示器的点间距减小，这降低了对单芯片亮度的需求。两者之间存在互补关系，但应该有一条底线。目前，为了降低成本，芯片侧主要对结构进行减法运算，通常要付出亮度降低的代价。因此，如何平衡和选择是运营商应注意的问题。

所谓的小电流相对于传统的室内和室外芯片试验电流。如下图所示，芯片的I-V曲线表明，传统的室内和室外芯片工作在线性工作区域，电流较大。然而，小间距LED芯片需要在接近零点的非线性工作区域中工作，因此电流很小。

在非线性工作区，LED芯片受半导体开关阈值的影响，芯片之间的差异更为明显。通过分析大量芯片的亮度和波长的离散性，很容易看出，非线性工作区域的离散性远大于线性工作区域。这是目前芯片方面的固有挑战。

解决该问题的第一种方法是优化外延方向以减小线性工作面积的下限；其次，优化芯片分割以区分具有不同特征的芯片。

目前，还没有条件直接测量芯片的电容特性。电容特性与常规测量项目之间的关系不明确，有求职者需要总结。芯片优化的方向是外延调整和电气分类细化，但成本非常高，不推荐。

芯片可靠性可以用芯片封装和老化的参数来描述。但一般来说，可靠性因素在片上屏蔽之后，重点是ESD和IR。

ESD是指抗静电的能力。根据IC行业报告，超过50%的芯片故障与ESD有关。为了提高芯片的可靠性，必须增强ESD能力。然而，在相同外延芯片和相同芯片结构的情况下，较小的芯片尺寸将不可避免地削弱ESD能力。这与电流密度和芯片电容特性直接相关，并且不能抵抗。

IR是指反向泄漏，通常在芯片反向电流值的固定反向电压下测量。IR反映芯片内部缺陷的数量。IR值越高，芯片中的内部缺陷越多。

为了提高ESD性能和红外性能，必须对外延结构和芯片结构进行更多的优化。在芯片重新分类过程中，严格的重新分类标准可以有效消除ESD和IR性能较弱的芯片，从而提高屏幕后芯片的可靠性。

综上所述，作者分析了随着小间距全色LED显示器的发展，LED芯片侧面临的一系列挑战，并逐一给出了改进方案或方向。