LED相比其他（tā）顯示技術，具有自發光、色彩還原度優異、刷新率高、省電、易（yì）於（yú）維護等優勢。高亮度、通過拚（pīn）接可（kě）實現超大尺寸這兩（liǎng）個特（tè）性，是LED 顯（xiǎn）示屏在過去二十年高速增長的決（jué）定（dìng）性因素。在超大屏幕（mù）室外顯示領域，迄今還沒有其他技術能夠與（yǔ）LED顯示技術相抗衡。

但是在（zài）過去，LED顯（xiǎn）示屏也有其不足，比如封裝燈珠之間間（jiān）距大，造成分辨率較低，不適合室內和（hé）近距（jù）離觀看（kàn）。為了提高分辨率，必需縮小燈（dēng）珠之間間距，但是燈珠的尺寸縮小，雖（suī）然能夠提升整屏分辨率，成本也會（huì）快速上升，過高的成本影響了小間距led顯示屏的大規模商業應用。

近幾年（nián）來，借助於芯片製造（zào）和封裝廠商（shāng）、IC電路廠（chǎng）商和屏幕製（zhì）造廠商等的多方努力，單封裝器件成本越來越低，LED封裝器件（jiàn）越來越小（xiǎo），顯示屏像素間距越來越小、分辨率越來越高，使得小間（jiān）距（jù）LED顯示屏在戶內大屏顯示方麵的優勢越來越明顯。

目前，小間距LED主要應用於廣告傳媒、體育場館、舞（wǔ）台背（bèi）景、市政工程等（děng）領域，並且（qiě）在交通、廣播、軍隊等領域不斷開拓市場。預計到（dào）2018年，市場規模（mó）接近百億。可（kě）以預測，在未來幾年內，小間距LED顯示屏將（jiāng）不斷擴展市（shì）場份額，並擠占（zhàn）DLP背投（tóu）的市場空（kōng）間。據光大證券研究所預測，到2020年，小間距（jù）LED顯示屏對DLP背（bèi）投的替代（dài）率將（jiāng）達到（dào）70%~80%。

筆者從業於藍綠LED芯片製造行（háng）業（yè），從事（shì）產品開發（fā）工作（zuò）多年。下麵從產品設計、工藝技術的角度來論（lùn）述小間距LED顯示屏的（de）發展對藍綠LED芯片提出的需求，以及芯片端可能采取的應對方案。

小間（jiān）距LED顯示屏對LED芯片提出（chū）的（de）需求

作為LED顯示屏核（hé）心（xīn）的（de）LED芯片，在小間距LED發展過程中起到了至關重要的作用。小間距LED顯示屏目前的成就和未來的發展，都依賴於芯片端（duān）的不懈努力。

一方麵（miàn），戶內顯示屏點間距（jù）從早期的P4，逐步減小到P1.5，P1.0，還有開發中的P0.8。與之（zhī）對應的，燈珠尺寸從3535、2121縮小到1010，有的（de）廠商開發（fā）出（chū）0808、0606尺寸，甚至（zhì）有廠商正在研發0404尺寸。

眾所周知（zhī），封裝燈珠的尺寸縮小，必然要求芯片尺寸的縮小。目（mù）前，市場常見小間距顯示屏用藍綠芯片的表麵積為30mil2 左右，部分芯片廠已經在量產25mil2 ，甚至20mil2 的芯片。

另一方麵，芯片表麵積的變小，單（dān）芯亮度的下降，一係列影響顯示（shì）品質的問題（tí）也變得突出起來。

首先是對於灰度的要求。與戶外（wài）屏不同，戶內屏需求的（de）難點不在於（yú）亮度而在於灰度。目前戶內大間距屏的亮度需求是1500 cd/m2 -2000 cd/m2左右，小間距LED顯示屏的亮度一般在600 cd/m2 -800 cd/m2 左右（yòu），而（ér）適宜於長期注目的（de）顯示屏最佳亮度（dù）在100 cd/m2 -300cd/m2 左右（yòu）。

目前小間距LED屏幕的難（nán）題之一是“低亮低灰”。即在低亮度下的灰度不夠。要實現“低亮高灰”，目前封裝（zhuāng）端采用的方案是黑支架。由於黑支（zhī）架對芯片的反光偏弱，所以（yǐ）要求芯片有足夠的亮度（dù）。

其次是顯示均勻性問題。與常規屏相比，間距變小會出現餘（yú）輝、第一掃偏暗、低亮偏紅以及低灰（huī）不均勻等問題。目（mù）前，針對餘輝、第一掃偏暗和低灰偏紅等問題，封裝端和IC控製端都做（zuò）出了努力，有效的減緩了這些問題，低灰度下的亮度均勻問題也通過逐點校正技術有所緩解。但是，作為（wéi）問題（tí）的根源之一，芯片端更需要（yào）付出努力。具體來說，就是小電流下的亮度均勻性要好，寄（jì）生電容的一致性要好。

第三是（shì）可靠性問題。現行（háng）行業標準是（shì）LED死燈率允許值為萬分之一，顯然不（bú）適用於小間距LED顯示屏。由於小間距屏的（de）像素密度大，觀看距離近，如果一萬個就有（yǒu）1個死燈，其效果令人無法接受。未來死燈率需要控製在十（shí）萬（wàn）分之一甚至是百萬分之一（yī）才能滿足長期使用的需求。

總的來說，小間距LED的發展，對芯片段提出的需求是：尺寸縮小，相對亮度（dù）提（tí）升，小電（diàn）流下亮度一（yī）致性（xìng）好，寄生電容一致性好，可（kě）靠性高（gāo）。

芯片端的解決方案

1.尺寸縮小芯片尺寸縮小

表麵（miàn）上看，就是版圖設（shè）計的問題（tí），似乎（hū）隻要根據需要設計更小的版圖就能解（jiě）決。但是（shì），芯片尺寸的縮小是否能（néng）無限的進行下去呢?答案是否定的。有如下幾個原因製約著芯片尺（chǐ）寸縮（suō）小的程度：

(1)封裝加工的（de）限製。封裝加（jiā）工過程中，兩個因素限（xiàn）製了芯片尺寸的縮小。一是吸嘴的限製。固晶需要（yào）吸取芯片，芯片短（duǎn）邊尺寸必須大於吸（xī）嘴內徑。目前有性價比的吸嘴（zuǐ）內徑為80um左右。二是焊（hàn）線的限製。首先是焊線盤即芯片電極必須足夠大，否則焊線可靠性不能保證，業內報道最小電（diàn）極直徑45um;其次是（shì）電極之間的間距必須足夠大，否則兩次焊線間（jiān）必然會相互幹擾。

(2)芯片加工的（de）限製。芯片加工過程中，也有兩方麵的限製。其一是版圖布局（jú）的限製。除（chú）了上述封裝端的限製，電（diàn）極大小，電極間距有要求外，電極與MESA距離、劃道寬度、不同層的（de）邊界線間距等都有（yǒu）其限製，芯片的電流特性、SD工藝能力、光刻（kè）的加工能力決（jué）定了具（jù）體限製（zhì）的範圍。通常，P電極到芯片邊緣的最小距離會（huì）限定在14μm以上。

其二是劃裂（liè）加工能力的限製。SD劃（huá）片+機械裂片工藝都有極限，芯片尺寸過（guò）小（xiǎo）可（kě）能無法裂片。當晶（jīng）圓片直徑從2英寸增加到4英寸、或未來增加到6英寸時（shí），劃片（piàn）裂片的難度（dù）是隨之增加的，也就是說，可加（jiā）工的芯片尺寸將隨之增大。以4寸片為例，如果芯片短邊長度小於90μm，長寬比（bǐ）大於1.5：1的，良率的損失將（jiāng）顯著增加（jiā）。

基於上（shàng）述原因，筆者大膽預測，芯片尺寸縮小到17mil2後，芯片設計和工藝加工能力接近極限，基本再無（wú）縮小空間，除非芯片技術方案有大的突破。

2.亮（liàng）度（dù）提升

亮度提升是芯片端（duān）永恒的主題。芯片廠通過外延程式優化提升內量子效應，通過芯片結構調整提升外量子（zǐ）效應。

不過，一方麵芯片尺寸縮小必然（rán）導致發光區麵積（jī）縮（suō）小，芯片亮度下降。另一方麵，小（xiǎo）間距（jù）顯示屏的點間距縮小，對單芯片亮度需（xū）求有下降。兩（liǎng）者之（zhī）間是存在互補的關係，但要留有底（dǐ）線。目（mù）前芯片端為（wéi）了降低成本，主要是在結構（gòu）上做減法，這通常要付出亮度降低的代（dài）價，因此，如（rú）何權衡取舍是業者要注意的問題。

3.小電流下的一致性

所謂（wèi）的小電流，是相對常規戶內、戶外芯片試用（yòng）的（de）電流來說的。如下圖所示的芯片I-V曲線，常規戶內、戶外芯片工作於線（xiàn）性工作區（qū），電流較大。而小間距LED芯片需要工作於靠近0點的非線性工作區，電流（liú）偏小。

在非線性工作區，LED芯（xīn）片受半導體開（kāi）關閾值影響，芯片間的（de）差異更明顯。對大批量芯（xīn）片（piàn）進行（háng）亮度和波長的離散性的（de）分析，容易看到非線性工作（zuò）區的離散性遠大於線性（xìng）工（gōng）作區。這是目前芯片端的固有挑戰。

應對這個問題的辦法首先是外延方向的優化，以降低（dī）線性工作區下（xià）限為主;其次是芯片分光上的優化，將不同特性芯片區分開來（lái）。

4.寄生電容一致性

目前芯片端沒（méi）有條件直接測量芯片的電容特（tè）性。電容特（tè）性與（yǔ）常規測量項目之間的關係尚不明朗，有（yǒu）待業者去總結。芯片端優化的（de）方向一是外延上（shàng）調整，一（yī）是電性分檔上的細化，但成本很高，不推薦。

5.可靠性

芯片端可靠性可以用芯片封裝和老化過程中的各項參數來描述（shù）。但總的說來，芯片上屏以後的可靠性的影響因素，重點在（zài）ESD和IR兩項。

ESD是（shì）指抗靜電（diàn）能（néng）力。據IC行業（yè）報道，50%以上芯片的失效與ESD有關。要提高芯片可靠性，必須提升ESD能力。但是，在相同外延片，相（xiàng）同芯片結構的條（tiáo）件下，芯片尺寸變小必然帶來ESD能力的削弱。這是與（yǔ）電流密度和芯片電容特性直接相關的，無法抗拒。

IR是（shì）指反向漏電，通常是在固定反向電（diàn）壓下測量芯片的反（fǎn）向電流值（zhí）。IR反映的是芯片內（nèi）部缺陷的數量。IR值（zhí）越大，則說明芯片內（nèi）部缺陷越多。

要提升ESD能力和IR表現，必須在外延結構和芯片結構方（fāng）麵做出更多優化。在芯片分檔時，通過嚴格的分檔標準（zhǔn），可以（yǐ）有效的把ESD能力和IR表現較弱的（de）芯片剔除掉，從而提升芯片上屏後的可靠性。