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另眼看LED的发展:显示背板技术

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发表于 2019-7-7 10:59:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
在探讨LED的发展趋势时,我们往往将其分为MicroLED、MiniLED、以及NPP LED等。在这里,我们提出了一种通过最终显示背板技术来探讨LED发展趋势的想法。其中可以分为四类,分别是硅背板、透明背板、PCB背板以及柔性背板技术。

以下是关于这些分类的一些初步想法,当然还有待完善。

NPPLED显示屏是传统的数字标牌解决方案,可将LED放置在PCB基板上。这种显示屏基本上都是通过多路复用驱动方案进行驱动。LED的尺寸和间距各不相同,但NPP LED显示器的像素间距通常在1.5至2 mm之间。

与此同时,LED是通过波长和光输出进行测试和分级的。常见的的表面贴装器件方法是将单个红色、绿色和蓝色LED放在一个封装中,然后通过器件安装设备将其在PCB上进行组装。小型LED模块是通过这种方式进行组装,多个小型模块随后可组合成一个机柜。然后,多个机柜形成最终的视频墙显示器。

随着NPP显示器的像素间距开始向1.5毫米或更小发展,一些SMD的限制开始变得明显,到目前为止它们只能减小尺寸。因此,行业开始使用更新的封装技术,如倒装芯片和板上芯片等,以将更小尺寸的LED更紧密地封装在一起。其次,LED发光器的尺寸也在不断缩小。所谓的“MiniLED”可以创造更加密集的LED显示屏,间距可能缩小至0.7至0.6mm。

目前关于MiniLED发光器的尺寸没有一致的定义。笔者认为0.05毫米到0.3毫米较合适,其他人是认为应该是100到500微米。然而,这些不断缩小的发光器和像素间距正在推动PCB的限制以及用于模块制造的拾取-贴装设备的发展。例如,PCB技术的线宽和几何形状在这些尺寸上具有局限性,并且LED的放置公差可能太高而不能满足生产需要的相当大的产量,而这还取决于所使用的设备和工艺。

除了更窄间距的LED视频墙之外,MiniLED还可用于LCD显示器的高密度背光设计。这些设备已经在游戏显示屏中实现了商用,这类显示器背光往往需要10K到25K个LED。这样做的优点是可以极大地增加可调光区域的数量,从而实现具有更少光晕的高性能HDR显示器。但是,由于需要大量驱动器而导致成本的增加,因此使用无源驱动方案控制这些LED也变得非常昂贵。

因此,有些MiniLED背光产品的开发者开始转向有源矩阵玻璃基板。这种方法的一个巨大优势是可以在LCD工厂使用传统的LCD驱动生产所需的背板。但为了具有成本效益,传统的拾取-贴装设备就不太适用了。这时就需要使用到巨量转移方法。业界已经提出并开发了许多方法,包括扩展单个拾取-贴装设备、使用冲压一次转移十几个或几百个LED、以及更具选择性的转移类型等。据悉晶元光电已与Uniqarta合作,每秒可向玻璃基板转移近1K个合格芯片。

这些技术也可用于制作透明的直视显示器,如X-Display和PlayNitride所展示的显示器。X-Display使用的方法是将单个红色、绿色和蓝色MicroLED以及驱动器IC传输到无源矩阵背板上。他们已经开发了一种巨量转移过程,声称这种过程很快就会达到99.99%的效率。在此前举行的国际显示周上,他们展示的就是一个透明的全彩色显示屏,分辨率为320*160,屏幕尺寸为4.6“* 2.3”。

PlayNitride展示的则是使用了天马的LTPS有源矩阵背板生产的无边框透明显示屏,尺寸为7.56“。此外,他们还展示了一个柔性背板,可能使用的是聚亚胺。他们使用一个可编程的巨量转移头,可用于转移合格芯片并移除和更换不合格芯片。三星与PlayNitride也建立了合作关系,因为三星2018年国际消费电子展上展示的75英寸MicroLED电视就使用PlayNitride提供的MicroLED。

京瓷展示了一个透明的1.8英寸MicroLED显示器,分辨率为256*256,像素间距为127微米,发光器尺寸为20微米。该显示器使用了与Glo.合作生产的LTPS背板以及RGB MicroLED。屏幕亮度为3000cd / m2,对比度为1M:1。

在此我们需要注意到,在上面所列出的例子中,LED的尺寸都不相同,从20微米到大约75*125微米不等。这也许正是需要从基板或工艺的角度,而不是从LED尺寸的角度来看LED市场的原因所在。

但规则总会有例外。例如,Aoto在某1.5mm间距的视频墙中展示了一种新的四LED RGB封装。目前尚不清楚这些100微米直径的LED放在哪种基板上,但是我们预计是PCB基板。上述挑战适用于将红色LED RGB封装放置在绿色LED RGB封装旁边,紧邻蓝色LED RGB封装,都具有极高高精度。解决这一需求对于这类应用来说很常见,而快速解决则是成功的关键。

第三类则是硅背板。硅基板是具备最高密度和最小发光器尺寸所必需的。有各种方法可以将硅和LED材料集成在一起,例如将单个LED显示器配合到单个硅背板上; 在硅背板晶圆上生长GaN; 以及晶圆 - 晶圆键合。Plessey Semiconductor可能是第一个成功展示最后一种方法的公司,由于硅晶片可以扩展到12英寸的大小,因此或许能够长期实现成本最低的解决方案。

最后,笔者认为柔性背板技术是第四类;也许这类与上述透明背板技术有相似之处,但是之所以这样区分,是因为柔性背板不需要类似聚亚胺这样的连续片材,而可以是各种尺寸的LED条带。

所有这些类别都将包含许多变化及不同的工作流程。这就是当今LED显示器的本质,方法也多种多样。似乎某些方法可能会占据主导地位,但它们的主导地位可能仅限于某些应用、尺寸、距或基板类型。

也许这种通过基板类型探讨LED发展趋势的方法没有实际意义,但是也不妨一试。

本文封面图片来源于图虫创意
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