จอแสดงผล LED ระยะพิทช์ขนาดเล็ก-จะนำความท้าทายเหล่านี้มาสู่ฝั่งชิป

เมื่อเทียบกับเทคโนโลยีการแสดงผลอื่นๆ จอแสดงผล LED มีข้อดีของการให้แสงเอง-การสร้างสีที่ยอดเยี่ยม อัตราการรีเฟรชที่สูง การประหยัดพลังงาน และการบำรุงรักษาที่ง่าย คุณสมบัติสองประการของความสว่างสูงและ-ขนาดใหญ่พิเศษสามารถทำได้ผ่านการประกบเป็นปัจจัยชี้ขาดสำหรับการเติบโตอย่างรวดเร็วของหน้าจอแสดงผลแบบ LED ในช่วงสองทศวรรษที่ผ่านมา ในส่วนของจอแสดงผลกลางแจ้งขนาดใหญ่-ยังไม่มีเทคโนโลยีอื่นใดที่สามารถแข่งขันกับเทคโนโลยีจอแสดงผล LED ได้

แต่ในอดีต จอภาพ LED ก็ยังมีข้อบกพร่อง เช่น การเว้นระยะห่างขนาดใหญ่ระหว่างลูกปัดโคมไฟที่บรรจุไว้ ส่งผลให้มีความละเอียดต่ำ ซึ่งไม่เหมาะสำหรับการดูในร่มและระยะใกล้ เพื่อปรับปรุงความละเอียด จำเป็นต้องลดระยะห่างระหว่างลูกปัดโคมไฟ แต่ขนาดของลูกปัดโคมไฟจะลดลง แม้ว่าความละเอียดของหน้าจอทั้งหมดจะดีขึ้น แต่ค่าใช้จ่ายก็จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ค่าใช้จ่ายที่มากเกินไปส่งผลกระทบต่อ-การใช้งานเชิงพาณิชย์ขนาดใหญ่ของจอแสดงผล LED ขนาดเล็ก-ในเชิงพาณิชย์ .

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ด้วยความพยายามของผู้ผลิตชิปและผู้ผลิตบรรจุภัณฑ์ ผู้ผลิตวงจร IC และผู้ผลิตหน้าจอ ต้นทุนของอุปกรณ์แพ็คเกจเดียวจึงต่ำลงเรื่อยๆ อุปกรณ์แพ็คเกจ LED มีขนาดเล็กลงเรื่อยๆ และระยะพิทช์พิกเซลในการแสดงผลได้กลายเป็น เล็กลงและเล็กลง ความละเอียดเริ่มสูงขึ้นเรื่อยๆ ทำให้ข้อดีของ-จอแสดงผล LED pitch ขนาดเล็กในหน้าจอขนาดใหญ่ในอาคาร-ชัดเจนขึ้นเรื่อยๆ

ในปัจจุบัน -Pitch LED ขนาดเล็กส่วนใหญ่ใช้ในสื่อโฆษณา สนามกีฬา พื้นหลังเวที วิศวกรรมเทศบาล และสาขาอื่นๆ และยังคงพัฒนาตลาดในด้านการขนส่ง การออกอากาศ การทหาร และสาขาอื่นๆ คาดว่าภายในปี 2561 ขนาดของตลาดจะอยู่ที่เกือบหมื่นล้าน สามารถคาดการณ์ได้ว่าในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า จอแสดงผล LED ระยะพิทช์ขนาดเล็ก-จะยังคงขยายส่วนแบ่งการตลาดต่อไปและเข้าครอบครองพื้นที่ทางการตลาดของการฉายภาพด้านหลัง DLP ตามที่สถาบันวิจัยหลักทรัพย์ China Everbright ระบุว่าภายในปี 2020 อัตราการเปลี่ยนจอแสดงผล LED ขนาดเล็ก-สำหรับการคาดการณ์ด้านหลัง DLP จะสูงถึง 70 ถึง 80 เปอร์เซ็นต์

ผู้เขียนมีส่วนร่วมในอุตสาหกรรมการผลิตชิป LED สีเขียว-สีเขียว และมีส่วนร่วมในการพัฒนาผลิตภัณฑ์เป็นเวลาหลายปี จากมุมมองของการออกแบบผลิตภัณฑ์และเทคโนโลยีกระบวนการผลิต การพัฒนา-หน้าจอแสดงผล LED pitch ขนาดเล็กจะหารือเกี่ยวกับความต้องการชิป LED สีเขียว-สีน้ำเงิน ตลอดจนมาตรการแก้ไขที่เป็นไปได้ในด้านชิป

2. ความต้องการจอแสดงผล LED ขนาดเล็ก-สำหรับชิป LED

ในฐานะแกนหลักของจอแสดงผล LED ชิป LED มีบทบาทสำคัญในการพัฒนา-ไฟ LED พิทช์ขนาดเล็ก ความสำเร็จในปัจจุบันและการพัฒนาในอนาคตของ-จอแสดงผล LED pitch ขนาดเล็กนั้นอาศัยความพยายามอย่างไม่ลดละในด้านชิป

ในอีกด้านหนึ่ง ระยะพิทช์แบบจุดของหน้าจอแสดงผลในอาคารค่อยๆ ลดลงจาก P4 ในช่วงต้นเป็น P1.5, P1.0 และ P0.8 ในการพัฒนา ตามลำดับ ขนาดลูกปัดโคมไฟได้ลดลงจาก 3535 และ 2121 เป็น 1010 ผู้ผลิตบางรายได้พัฒนาขนาด 0808 และ 0606 และผู้ผลิตบางรายถึงกับพัฒนาขนาด 0404

อย่างที่เราทราบกันดีว่าการหดตัวของลูกปัดโคมไฟที่บรรจุหีบห่อย่อมต้องการการหดตัวของขนาดชิปอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ปัจจุบัน พื้นที่ผิวของ-ชิปสีเขียวสีน้ำเงินสำหรับ-หน้าจอแสดงผลแบบ pitch ขนาดเล็กที่ใช้กันทั่วไปในท้องตลาดอยู่ที่ประมาณ 30 mil2 และโรงงานชิปบางแห่งก็มีจำนวนมากอยู่แล้ว-การผลิตชิปของ 25 mil2 หรือแม้แต่ 20 mil2

ในทางกลับกัน เนื่องจากพื้นที่ผิวของชิปมีขนาดเล็กลงและความสว่างของคอร์เดียว-ลดลง ปัญหาต่างๆ ที่ส่งผลต่อคุณภาพการแสดงผลก็เริ่มเด่นชัดขึ้นเช่นกัน

ประการแรกคือข้อกำหนดสำหรับระดับสีเทา ความยากของความต้องการหน้าจอในอาคารไม่ได้อยู่ที่ความสว่าง แต่เป็นระดับสีเทาต่างจากหน้าจอกลางแจ้ง ในปัจจุบัน ความต้องการความสว่างของหน้าจอขนาดใหญ่ในร่ม-ระยะห่างประมาณ 1500 cd/m2 -2000 cd/m2 และความสว่างของจอแสดงผลขนาดเล็ก-pitch led โดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 600 cd /m2 -800 cd/m2 และเหมาะสมที่สุดสำหรับการให้ความสนใจในระยะยาว ความสว่างที่ดีที่สุดคือประมาณ 100 cd/m2 -300cd/m2

ปัญหาอย่างหนึ่งในปัจจุบันของ-จอ LED พิทช์ขนาดเล็กคือ "ความสว่างต่ำและสีเทาต่ำ" นั่นคือระดับสีเทาไม่เพียงพอที่ความสว่างต่ำ เพื่อให้ได้ "ความสว่างต่ำและสีเทาสูง" แพ็คเกจปัจจุบันจึงใช้วงเล็บสีดำ เนื่องจากตัวยึดสีดำมีการสะท้อนแสงที่ชิปน้อย ชิปจึงจำเป็นต้องมีความสว่างเพียงพอ

ถัดมาคือปัญหาความสม่ำเสมอของการแสดงผล ระยะห่างที่น้อยกว่าจะทำให้เกิดปัญหา เช่น แสงระเรื่อ การสแกนครั้งแรกที่มืดกว่า ความสว่างต่ำสีแดง และสีเทาที่ต่ำไม่เท่ากันเมื่อเทียบกับหน้าจอทั่วไป ในปัจจุบัน เพื่อตอบสนองต่อปัญหาต่างๆ เช่น แสงระเรื่อ การสแกนสีเทาเข้มและสีเทาต่ำและสีแดงในขั้นแรก ทั้งด้านบรรจุภัณฑ์และด้านควบคุม IC ได้พยายามบรรเทาปัญหาเหล่านี้อย่างมีประสิทธิภาพ ความสม่ำเสมอของความสว่างภายใต้ระดับสีเทาต่ำยังได้รับการแก้ไขทีละจุด เทคโนโลยีได้คลี่คลาย อย่างไรก็ตาม เนื่องจากหนึ่งในสาเหตุหลักของปัญหา จำเป็นต้องใช้ความพยายามมากขึ้นในด้านชิป โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ความสม่ำเสมอของความสว่างภายใต้กระแสไฟขนาดเล็กจะดีกว่า และความสอดคล้องของความจุกาฝากจะดีกว่า

ปัญหาที่สามคือความน่าเชื่อถือ มาตรฐานอุตสาหกรรมในปัจจุบันคือ ค่าที่อนุญาตของอัตราแสงตาย LED ได้คือหนึ่งในหมื่น ซึ่งไม่เหมาะสำหรับจอแสดงผล LED ขนาดเล็ก-พิทช์ เนื่องจากความหนาแน่นของพิกเซลสูงของหน้าจอระยะห่างขนาดเล็ก-และระยะการมองเห็นที่สั้น หากมีไฟ 10000 ดวง จะมีแสงดับ 1 ดวง และเอฟเฟกต์นี้ไม่เป็นที่ยอมรับ ในอนาคต อัตราแสงที่ตาย-จะต้องถูกควบคุมที่หนึ่งแสนหรือหนึ่งในล้านเพื่อให้สอดคล้องกับความต้องการใช้งานระยะยาว-

โดยทั่วไป การพัฒนา-Pitch LEDs ขนาดเล็กต้องใช้ส่วนของชิปเพื่อลดขนาด เพิ่มความสว่างสัมพัทธ์ ความสม่ำเสมอของความสว่างที่ดีภายใต้กระแสไฟขนาดเล็ก ความสม่ำเสมอของความจุกาฝากที่ดี และความน่าเชื่อถือสูง

สาม ชิป-โซลูชั่นด้าน

1. การลดขนาด การลดขนาดชิป

บนพื้นผิว มันคือปัญหาของการออกแบบเลย์เอาต์ ดูเหมือนว่าสามารถแก้ไขได้โดยการออกแบบเลย์เอาต์ที่เล็กลงตามความต้องการ อย่างไรก็ตาม การลดขนาดชิปสามารถทำได้ไปเรื่อย ๆ หรือไม่? คำตอบคือไม่ มีสาเหตุหลายประการที่จำกัดระดับการลดขนาดชิป:

(1) ข้อจำกัดในการแปรรูปบรรจุภัณฑ์ ในกระบวนการบรรจุภัณฑ์ ปัจจัยสองประการจำกัดการลดขนาดชิป หนึ่งคือข้อจำกัดของหัวฉีด การเชื่อมด้วยแม่พิมพ์จำเป็นต้องหยิบเศษขึ้นมา และด้านสั้นของเศษต้องมีขนาดใหญ่กว่าเส้นผ่านศูนย์กลางด้านในของหัวดูด ขณะนี้มีราคา-หัวฉีดที่มีประสิทธิภาพซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางภายในประมาณ 80um ประการที่สองคือข้อ จำกัด ของพันธะลวด อย่างแรกคือแผ่นยึดลวด กล่าวคือ อิเล็กโทรดของชิปต้องมีขนาดใหญ่พอ ไม่เช่นนั้นจะไม่สามารถรับประกันความน่าเชื่อถือของพันธะลวดได้ อุตสาหกรรมรายงานว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของอิเล็กโทรดขั้นต่ำคือ 45um; ประการที่สอง ระยะห่างระหว่างอิเล็กโทรดต้องมีขนาดใหญ่พอ มิฉะนั้น การยึดติดของลวดทั้งสองจะรบกวนกันอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้

(2) ข้อจำกัดของการประมวลผลชิป นอกจากนี้ยังมีข้อจำกัดสองประการในกระบวนการประมวลผลชิป หนึ่งคือข้อจำกัดของการจัดวาง นอกเหนือจากข้อจำกัดของส่วนปลายบรรจุภัณฑ์-ที่กล่าวถึงข้างต้นแล้ว ยังต้องมีขนาดอิเล็กโทรดและระยะห่างของอิเล็กโทรด ระยะห่างระหว่างอิเล็กโทรดกับ MESA ความกว้างของเลนอาลักษณ์ และระยะห่างของเส้นขอบของชั้นต่างๆ ข้อจำกัด ลักษณะปัจจุบันของชิป ความสามารถของกระบวนการ SD และความสามารถในการประมวลผลของโฟโตลิโทกราฟี กำหนดขอบเขตของข้อจำกัดเฉพาะ โดยทั่วไป ระยะห่างต่ำสุดจากอิเล็กโทรด P ถึงขอบของชิปจำกัดอยู่ที่ 14 ไมโครเมตรขึ้นไป

ประการที่สองคือข้อจำกัดของความสามารถในการตัด SD dicing บวกกับกระบวนการแยกทางกลมีข้อ จำกัด และขนาดชิปอาจไม่ถูกแยกหากขนาดชิปเล็กเกินไป เมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางของแผ่นเวเฟอร์เพิ่มขึ้นจาก 2 นิ้วเป็น 4 นิ้ว หรือเป็น 6 นิ้วในอนาคต ความยากในการหั่นและแยกชิ้นส่วนก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย กล่าวคือ ขนาดของเศษที่แปรรูปได้ก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย ยกตัวอย่างชิปขนาด 4 นิ้ว หากความยาวด้านสั้นของชิปน้อยกว่า 90μm และอัตราส่วนกว้างยาวมากกว่า 1.5:1 การสูญเสียผลผลิตจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก

จากเหตุผลข้างต้น ผู้เขียนคาดการณ์อย่างกล้าหาญว่าหลังจากลดขนาดชิปเป็น 17mil2 แล้ว ความสามารถในการออกแบบและประมวลผลชิปจะใกล้ถึงขีดจำกัด และโดยพื้นฐานแล้วจะไม่มีที่ว่างสำหรับการลด เว้นแต่จะมีการพัฒนาครั้งใหญ่ใน แผนเทคโนโลยีชิป

2. เพิ่มความสว่าง

การเพิ่มความสว่างเป็นธีมนิรันดร์ของฝั่งชิป โรงงานชิปปรับเอฟเฟกต์ควอนตัมภายในให้เหมาะสมผ่านการเพิ่มประสิทธิภาพของโปรแกรม epitaxial และปรับปรุงเอฟเฟกต์ควอนตัมภายนอกผ่านการปรับโครงสร้างชิป

อย่างไรก็ตาม ในอีกด้านหนึ่ง การหดตัวของขนาดเศษจะนำไปสู่การลดแสง-พื้นที่เปล่งแสงและความสว่างของเศษลดลงอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ในทางกลับกัน Dot pitch ของ-หน้าจอแสดงผลแบบ pitch pitch ขนาดเล็กลดลง และความต้องการความสว่างของชิปตัวเดียว-ลดลง มีความสัมพันธ์เสริมระหว่างคนทั้งสอง แต่ต้องมีบรรทัดล่าง ปัจจุบัน เพื่อลดต้นทุนด้านชิป ส่วนใหญ่จะทำการลบบนโครงสร้าง ซึ่งมักจะต้องจ่ายราคาลดความสว่าง ดังนั้น วิธีชั่งน้ำหนักการค้า-นอกนั้นเป็นปัญหาที่อุตสาหกรรมควรให้ความสนใจ

3. ความสม่ำเสมอภายใต้กระแสไฟต่ำ

กระแสไฟต่ำที่{{0}}เรียกว่านั้นสัมพันธ์กับกระแสที่ใช้โดยชิปในร่มและกลางแจ้งทั่วไป เส้นโค้งของชิป I-V ที่แสดงในรูปด้านล่าง ชิปในร่มและกลางแจ้งทั่วไปทำงานในพื้นที่การทำงานเชิงเส้น และกระแสมีขนาดค่อนข้างใหญ่ อย่างไรก็ตาม -ชิป LED pitch ขนาดเล็กต้องทำงานในพื้นที่การทำงานที่ไม่ใช่-เชิงเส้นใกล้กับจุด 0 และกระแสไฟค่อนข้างเล็ก

ในพื้นที่ทำงานที่ไม่ใช่-เชิงเส้น ชิป LED ได้รับผลกระทบจากเกณฑ์การสลับเซมิคอนดักเตอร์ และความแตกต่างระหว่างชิปจะชัดเจนยิ่งขึ้น การวิเคราะห์ความไม่ต่อเนื่องของความสว่างและความยาวคลื่นสำหรับเศษจำนวนมาก จะเห็นได้ง่ายว่าพื้นที่ทำงานเชิงเส้นที่ไม่ใช่-มีขนาดใหญ่กว่าพื้นที่ทำงานเชิงเส้นมาก นี่คือความท้าทายโดยธรรมชาติในด้านชิปในปัจจุบัน

วิธีจัดการกับปัญหานี้คือการปรับทิศทาง epitaxial ให้เหมาะสมก่อนเพื่อลดขีดจำกัดล่างของพื้นที่ทำงานเชิงเส้น ประการที่สองเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพชิปสเปคโทรสเพื่อแยกแยะชิปที่มีลักษณะแตกต่างกัน

4. ความสม่ำเสมอของความจุกาฝาก

ในปัจจุบัน ด้านชิปไม่มีเงื่อนไขในการวัดลักษณะความจุของชิปโดยตรง ความสัมพันธ์ระหว่างคุณลักษณะของความจุและรายการการวัดแบบทั่วไปยังไม่ชัดเจน และผู้ที่กำลังรอให้อุตสาหกรรมสรุป ทิศทางของชิป-การเพิ่มประสิทธิภาพด้านข้างคือประการแรกคือการปรับส่วนขยาย และอีกวิธีหนึ่งคือการปรับแต่งถังเก็บไฟฟ้า แต่ค่าใช้จ่ายสูงมากและไม่แนะนำ

5. ความน่าเชื่อถือ

ความน่าเชื่อถือด้านข้างของชิป-สามารถอธิบายได้ด้วยพารามิเตอร์ต่างๆ ในกระบวนการบรรจุชิปและอายุ แต่โดยทั่วไปแล้ว ปัจจัยที่ส่งผลต่อความน่าเชื่อถือของชิปหลังจากติดตั้งบนหน้าจอนั้นส่วนใหญ่เป็น ESD และ IR

ESD หมายถึงความสามารถในการป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ ตามรายงานของอุตสาหกรรม IC ความล้มเหลวของชิปมากกว่า 50% เกี่ยวข้องกับ ESD ในการปรับปรุงความน่าเชื่อถือของชิป จะต้องปรับปรุงความสามารถของ ESD อย่างไรก็ตาม ภายใต้เงื่อนไขของเวเฟอร์ epitaxial เดียวกันและโครงสร้างชิปเดียวกัน ขนาดชิปที่เล็กกว่าย่อมส่งผลให้ความสามารถ ESD ลดลงอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ สิ่งนี้เกี่ยวข้องโดยตรงกับความหนาแน่นกระแสและลักษณะความจุของชิป และไม่สามารถต้านทานได้

IR หมายถึงการรั่วไหลย้อนกลับ โดยปกติค่ากระแสย้อนกลับของชิปจะถูกวัดภายใต้แรงดันย้อนกลับคงที่ IR แสดงถึงจำนวนข้อบกพร่องภายในชิป ยิ่งค่า IR สูง ข้อบกพร่องในชิปก็จะยิ่งมากขึ้น

เพื่อปรับปรุงความสามารถ ESD และประสิทธิภาพ IR ต้องทำการปรับให้เหมาะสมมากขึ้นในโครงสร้าง epitaxial และโครงสร้างชิป ในการรวมชิป ผ่านมาตรฐานการรวมที่เข้มงวด ชิปที่มีความสามารถ ESD ที่อ่อนแอและประสิทธิภาพ IR สามารถถูกกำจัดได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงความน่าเชื่อถือของชิปหลังจากติดตั้งบนหน้าจอแล้ว

สี่ สรุป

โดยสรุป ผู้เขียนวิเคราะห์ชุดของความท้าทายที่ชิป LED เผชิญอยู่ด้วยการพัฒนา-จอ LED พิทช์ขนาดเล็ก และให้แผนหรือแนวทางการปรับปรุงทีละรายการ ควรจะกล่าวว่ายังมีพื้นที่อีกมากสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพชิป LED วิธีการปรับปรุงยังคงรอให้อุตสาหกรรมใช้ความเฉลียวฉลาดและพยายามอย่างต่อเนื่อง