LED顯示背板技術(shù)解析

現(xiàn)在大街上隨處可見的LED顯示屏，還有裝飾用的LED彩燈以及LED車燈，處處可見LED燈的身影，LED已經(jīng)融入到生活中的每一個(gè)角落。探討LED的發(fā)展趨勢時(shí)，我們往往將其分為MicroLED、MiniLED、以及NPP LED等。在這里，我們提出了一種通過*終顯示背板技術(shù)來探討LED發(fā)展趨勢的想法。其中可以分為四類，分別是硅背板、透明背板、PCB背板以及柔性背板技術(shù)。

以下是關(guān)于這些分類的一些初步想法，當(dāng)然還有待完善。

NPP LED顯示屏是傳統(tǒng)的數(shù)字標(biāo)牌解決方案，可將LED放置在PCB基板上。這種顯示屏基本上都是通過多路復(fù)用驅(qū)動(dòng)方案進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。LED的尺寸和間距各不相同，但NPP LED顯示器的像素間距通常在1.5至2 mm之間。

與此同時(shí)，LED是通過波長和光輸出進(jìn)行測試和分級的。常見的的表面貼裝器件(SMD)方法是將單個(gè)紅色、綠色和藍(lán)色LED放在一個(gè)封裝中，然后通過器件安裝設(shè)備將其在PCB上進(jìn)行組裝。小型LED模塊是通過這種方式進(jìn)行組裝，多個(gè)小型模塊隨后可組合成一個(gè)機(jī)柜。然后，多個(gè)機(jī)柜形成*終的視頻墻顯示器。

隨著NPP顯示器的像素間距開始向1.5毫米或更小發(fā)展，一些SMD的限制開始變得明顯，到目前為止它們只能減小尺寸。因此，行業(yè)開始使用更新的封裝技術(shù)，如倒裝芯片和板上芯片等，以將更小尺寸的LED更緊密地封裝在一起。其次，LED發(fā)光器的尺寸也在不斷縮小。所謂的“MiniLED”可以創(chuàng)造更加密集的LED顯示屏，間距可能縮小至0.7至0.6mm。

目前關(guān)于MiniLED發(fā)光器的尺寸沒有一致的定義。筆者認(rèn)為0.05毫米(50微米)到0.3毫米(300微米)較合適，其他人是認(rèn)為應(yīng)該是100到500微米。然而，這些不斷縮小的發(fā)光器和像素間距正在推動(dòng)PCB的限制以及用于模塊制造的拾取-貼裝設(shè)備的發(fā)展。例如，PCB技術(shù)的線寬和幾何形狀在這些尺寸上具有局限性，并且LED的放置公差可能太高而不能滿足生產(chǎn)需要的相當(dāng)大的產(chǎn)量，而這還取決于所使用的設(shè)備和工藝。

除了更窄間距的LED視頻墻之外，MiniLED還可用于LCD顯示器的高密度背光設(shè)計(jì)。這些設(shè)備已經(jīng)在游戲顯示屏中實(shí)現(xiàn)了商用，這類顯示器背光往往需要10K到25K個(gè)LED。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是可以極大地增加可調(diào)光區(qū)域的數(shù)量，從而實(shí)現(xiàn)具有更少光暈的高性能HDR顯示器。但是，由于需要大量驅(qū)動(dòng)器而導(dǎo)致成本的增加，因此使用無源驅(qū)動(dòng)方案控制這些LED也變得非常昂貴。

因此，有些MiniLED背光產(chǎn)品的*開始轉(zhuǎn)向有源矩陣玻璃基板。這種方法的一個(gè)巨大優(yōu)勢是可以在LCD工廠使用傳統(tǒng)的LCD驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)所需的背板。但為了具有成本效益，傳統(tǒng)的拾取-貼裝設(shè)備就不太適用了。這時(shí)需要使用到巨量轉(zhuǎn)移方法。業(yè)界已經(jīng)提出并開發(fā)了許多方法，包括擴(kuò)展單個(gè)拾取-貼裝設(shè)備、使用沖壓一次轉(zhuǎn)移十幾個(gè)或幾百個(gè)LED、以及更具選擇性的轉(zhuǎn)移類型等。據(jù)悉光電已與Uniqarta合作，每秒可向玻璃基板轉(zhuǎn)移近1K個(gè)合格芯片。

這些技術(shù)也可用于制作透明的直視顯示器，如X-Display(此前為X-Celeprint)和PlayNitride所展示的顯示器。X-Display使用的方法是將單個(gè)紅色、綠色和藍(lán)色MicroLED以及驅(qū)動(dòng)器IC傳輸?shù)綗o源矩陣背板上。他們已經(jīng)開發(fā)了一種巨量轉(zhuǎn)移過程，聲稱這種過程很快就會達(dá)到99.99%的效率。在此前舉行的國際顯示周(DisplayWeek)上，他們展示的就是一個(gè)透明的全彩色顯示屏，分辨率為320*160，屏幕尺寸為4.6“* 2.3”(70 PPI)。

PlayNitride展示的則是使用了天馬的LTPS有源矩陣背板生產(chǎn)的無邊框透明顯示屏，尺寸為7.56“。此外，他們還展示了一個(gè)柔性背板，可能使用的是聚亞胺。他們使用一個(gè)可編程的巨量轉(zhuǎn)移頭，可用于轉(zhuǎn)移合格芯片并移除和更換不合格芯片。三星與PlayNitride也建立了合作關(guān)系，因?yàn)槿?018年國際消費(fèi)電子展上展示的75英寸MicroLED電視就使用PlayNitride提供的MicroLED。

京瓷(Kyocera)展示了一個(gè)透明的1.8英寸MicroLED顯示器，分辨率為256*256，像素間距為127微米(200 PPI)，發(fā)光器尺寸為20微米。該顯示器使用了與Glo.合作生產(chǎn)的LTPS背板以及RGB MicroLED。屏幕亮度為3000cd / m 2，對比度為1M：1。

在此我們需要注意到，在上面所列出的例子中，LED的尺寸都不相同，從20微米(MicroLED)到大約75*125微米(MiniLED)不等。這也許正是需要從基板或工藝的角度，而不是從LED尺寸的角度來看LED市場的原因所在。

但規(guī)則總會有例外。例如，Aoto在某1.5mm間距的視頻墻中展示了一種新的四LED RGB封裝。目前尚不清楚這些100微米直徑的LED放在哪種基板上，但是我們預(yù)計(jì)是PCB基板。上述挑戰(zhàn)適用于將紅色LED RGB封裝放置在綠色LED RGB封裝旁邊，緊鄰藍(lán)色LED RGB封裝，都具有極高高精度(可能是一微米或兩微米)。解決這一需求對于這類應(yīng)用來說很常見，而快速解決則是成功的關(guān)鍵。

第三類則是硅背板。硅基板是具備高密度和*小發(fā)光器尺寸所必需的。有各種方法可以將硅和LED材料集成在一起，例如將單個(gè)LED顯示器配合到單個(gè)硅背板上; 在硅背板晶圓上生長GaN; 以及晶圓 - 晶圓鍵合(硅上氮化鎵集成到硅背板)。Plessey Semiconductor可能是*個(gè)成功展示*后一種方法的公司，由于硅晶片可以擴(kuò)展到12英寸的大小，因此或許能夠長期實(shí)現(xiàn)成本低的解決方案。

*后，筆者認(rèn)為柔性背板技術(shù)是第四類;也許這類與上述透明背板技術(shù)有相似之處，但是之所以這樣區(qū)分，是因?yàn)槿嵝员嘲宀恍枰愃凭蹃啺愤@樣的連續(xù)片材，而可以是各種尺寸的LED條帶。

所有這些類別都將包含許多變化及不同的工作流程。這就是當(dāng)今LED顯示器的本質(zhì)，方法也多種多樣。似乎某些方法可能會占據(jù)主導(dǎo)地位，但它們的主導(dǎo)地位可能*于某些應(yīng)用、尺寸、間距或基板類型。雖然LED在生活中處處可見，但是LED也還有一些不足需要我們的設(shè)計(jì)人員擁有更加專業(yè)的知識儲備，這樣才能設(shè)計(jì)出更加符合生活所需的產(chǎn)品。