小间距全彩LED显示屏在芯片方面提出了技术挑战，答案如下

与其他显示技术相比，它具有自发光、色彩还原性好、刷新率高、省电和易于维护等优点。在过去二十年中，高亮度和拼接能力的结合已成为全彩LED显示器快速增长的决定性因素。迄今为止，还没有其他技术能够与超故障显示器相媲美。

但在过去，全彩LED显示器有其缺点，例如封装珠之间的间距过大，导致分辨率较低，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，但灯珠的大小，虽然可以提高整个屏幕的分辨率，但成本会迅速上升，过高的成本影响了小间距全彩LED显示器的大规模商业应用。

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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，如单封装器件的成本越来越低，器件越来越小，全色间隔越来越高，使得小间距全彩色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，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。据光大证券研究所预测，到2020年，DLP背投用小间距全彩LED显示屏的更换率将达到70%～80%。

作者从事蓝色和绿色制造业，多年来一直从事产品开发。以下从产品设计和工艺技术的角度描述了蓝绿LED芯片的发展需求，以及芯片端可能的解决方案。

小间距全彩LED显示器的LED芯片要求：

作为全彩色LED显示屏的核心，LED芯片在小间距过程中起着至关重要的作用。小间距全彩色LED显示器目前的成就和未来的发展有赖于芯片方面的不懈努力。

一方面，室内显示点间距从早期的P4逐渐减小到，并且正在开发中。相应地，灯珠的尺寸从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，包装灯珠的尺寸减小了，芯片的尺寸必须减小。目前，蓝绿芯片的共同市场表面积约为30mil2，一些芯片厂已经批量生产了25mil2，甚至20mil2芯片。

另一方面，芯片表面积变小，单核亮度降低，一系列影响显示质量的问题变得突出。

一是灰度要求。相比之下，室内全彩LED显示屏需求的难点不是亮度，而是灰度。目前，室内大屏幕的亮度需求为1500cd/㎡ -2000光盘/㎡, 小间距全彩LED显示屏的亮度一般为600CD/㎡ -800光盘/㎡, 长期注意力显示屏的最佳亮度为100CD/㎡-300 cd/㎡. 目前，小间距全彩色LED显示屏的难点之一是“低亮度、低灰度”。也就是说，在低亮度下，灰度不够。为实现“低亮度、高亮度”，当前封装侧采用黑色括号方案。因为黑色支架对芯片的反射很弱，所以要求芯片具有足够的亮度。

第二个问题是显示的一致性。相反，当间距变小时，会出现诸如余辉、第一次扫描时变暗、低光时变红以及低灰度时不均匀等问题。目前，封装端和IC控制端已努力缓解余辉、第一次扫描变暗和低灰度变红的问题，并且低灰度级的亮度均匀性问题也已通过逐点校正技术得到缓解。但芯片方面，问题的根源之一，需要更多的努力。具体来说，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。目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彩LED显示器。由于像素的高密度和近视距，这种效果是不可接受的，因为每10000个像素就有一个死光。未来，应将死灯率控制在1/100000甚至一百万，以满足长期使用的需求。

一般来说，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、小电流下亮度一致性、寄生电容一致性和可靠性。

尺寸减小芯片尺寸减小，从表面上看，是一个布局设计问题，似乎只要设计更小的布局就可以解决。但芯片尺寸能无限期缩小吗？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，有两个因素限制了芯片尺寸的减小。一是吸嘴的局限性。碎屑短边的尺寸必须大于吸嘴的内径。目前，成本低廉的喷嘴内径约为80UM。二是焊缝的局限性。首先，芯片的电极必须足够大。否则，无法保证焊丝的可靠性。行业报告的最小电极直径为45um；其次，电极之间的间距必须足够大，否则两条焊缝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。除了包装端、电极尺寸和电极间距的上述限制外，电极与MESA之间的距离、通道宽度和不同层的边界间距也有其限制。芯片的电流特性、SD处理能力和光刻加工能力决定了具体限制。通常，P电极和芯片边缘之间的最小距离限制在14μm以上。第二个是抓取能力的限制。SD芯片+机械芯片工艺有限制，芯片尺寸太小可能无法芯片。随着晶圆直径从2英寸增加到4英寸，或在未来增加到6英寸，切割芯片的难度增加，这意味着可以处理的芯片尺寸增加。以4英寸芯片为例，如果芯片的短边长度小于90μm，长宽比大于：1，则成品率损失将显著增加。

基于以上原因，作者大胆预测，芯片尺寸减小到17mil2后，芯片设计和处理能力将接近极限，除非芯片技术方案取得重大突破，否则基本上没有缩小的空间。

全彩推广是芯片方面永恒的主题。芯片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，芯片的亮度降低。另一方面，小间距全彩LED显示器的点间距减小，这降低了对单片机亮度的要求。两者之间存在互补关系，但应该有一个底线。目前，为了降低成本，芯片侧主要在结构上进行减法，这通常需要付出亮度降低的代价。因此，如何平衡和选择是运营商应该关注的问题。

所谓的小电流是相对于传统的室内和室外芯片试验电流而言的。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一个线性工作区，电流很大。然而，小间距LED芯片需要在接近零点的非线性工作区工作，所以电流很小。

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的离散性远远大于线性工作区。这是目前芯片方面固有的挑战。

解决这个问题的第一个方法是优化外延方向，降低线性工作面积的下限；其次，对芯片分割进行优化，以区分不同特性的芯片。

目前，还没有直接测量芯片电容特性的条件。电容特性与传统测量项目之间的关系尚不明确，还有求职者需要总结。芯片优化的方向是外延调整和电分类细化，但成本很高，不推荐使用。

芯片可靠性可以用芯片封装和老化参数来描述。但总的来说，可靠性因素在片上屏幕之后，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，无法抵抗。

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，芯片内部缺陷越多。

为了提高ESD能力和红外性能，必须在外延结构和芯片结构上进行更多优化。在芯片重新分类过程中，严格的重新分类标准可以有效地消除ESD和IR性能较弱的芯片，从而提高屏幕后面芯片的可靠性。

总之，作者分析了随着小间距全彩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。

应该说，全彩色LED优化仍有很大的空间。如何提高，还要对失业者发挥聪明才智，不断努力。

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