從小間距到MicroLED，封裝產(chǎn)品形態(tài)會(huì)出現(xiàn)哪些變化?
晶臺(tái)股份技術(shù)總監(jiān)：邵鵬睿
站在封裝的角度，我把LED顯示屏分為三個(gè)時(shí)代：小間距、Mini和Micro，不同的封裝時(shí)代LED顯示器件的產(chǎn)品形態(tài)不同。
在小間距時(shí)顯示代，封裝器件有這幾種典型形態(tài)：
1. 單像素3合1分離器件SMD：1010為典型代表;
2. 陣列式封裝分離器件AIP：Four in one為典型代表;
3. 表面灌膠GOB：SMD常溫液態(tài)灌膠為典型代表;
4. 集成封裝COB：常溫液態(tài)膠為典型代表。
而到了MiniLED時(shí)代，產(chǎn)品形態(tài)主要有兩大類(lèi)：多合一分離器件和集成封裝。
以SMT為典型代表就是多合一、分離器件;以物理模塊拼接為典型代表的就是集成封裝。集成封裝技術(shù)目前還存在著墨色和色彩一致性、良率、成本等問(wèn)題，而0505分離器件已是SMD極限了，目前主要面臨著可靠性、SMT效率、推力等問(wèn)題，在MiniLED時(shí)代或許已經(jīng)失去了技術(shù)主流。而到了MicroLED時(shí)代，毫無(wú)疑問(wèn)將會(huì)是集成封裝，但問(wèn)題的焦點(diǎn)則放在了芯片轉(zhuǎn)移上。
至于預(yù)測(cè)LED顯示屏未來(lái)的技術(shù)趨勢(shì)，我認(rèn)為主要有這四點(diǎn)：
1. 封裝技術(shù)從點(diǎn)技術(shù)封裝向面技術(shù)封裝演變，面對(duì)LED微縮化，這將是減少制造工序、降低系統(tǒng)成本的道路。
2. 從One in one、Four in one到N in one，封裝形態(tài)至繁歸簡(jiǎn)。
3. 從芯片尺寸和點(diǎn)間距上看，毫無(wú)懸念是從Mini LED 走向micro LED。
4. 站在終端市場(chǎng)的角度，未來(lái)LED顯示屏?xí)䦶墓こ�、租賃市場(chǎng)轉(zhuǎn)向商業(yè)顯示市場(chǎng)，從顯示“屏”走向顯示“器”的轉(zhuǎn)變。
MiniLED、MicroLED時(shí)代，熒光粉怎么辦?
有研稀土發(fā)光事業(yè)部主任：劉榮輝
MiniLED/MicroLED全芯片顯示普遍被業(yè)內(nèi)看好，但是其制造過(guò)程的巨量轉(zhuǎn)移、多色芯片控制和衰減度不一問(wèn)題也非常突出，在上述問(wèn)題尚未完全解決之前，開(kāi)發(fā)藍(lán)色MiniLED/MicroLED激發(fā)的新型熒光粉，避免現(xiàn)有技術(shù)不足同時(shí)發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，也是業(yè)內(nèi)正在考慮的技術(shù)途徑。但必須要解決熒光粉小粒度化以及小粒度化后帶來(lái)的效率損失問(wèn)題。
目前來(lái)看，MiniLED作為背光源依然適用于液晶產(chǎn)業(yè)，但目前不具備成本優(yōu)勢(shì)。如今基于新型LED背光源的液晶顯示色域產(chǎn)業(yè)化水平已經(jīng)超過(guò)90%NTSC，有研稀土已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了窄帶氟化物的批量生產(chǎn)和廣泛應(yīng)用，在進(jìn)一步攻克新型的窄帶發(fā)射的紅色和綠色熒光粉及LED背光源，這有助于進(jìn)一步將液晶顯示色域提升至110%NTSC、媲美OLED/QLED技術(shù)。
此外，也許量子點(diǎn)發(fā)光材料也可以發(fā)揮作用。但量子點(diǎn)發(fā)光材料“看上去很美”，一直被給予厚望，然而其穩(wěn)定性問(wèn)題、發(fā)光效率、環(huán)保問(wèn)題、高應(yīng)用成本問(wèn)題仍沒(méi)有得到很好解決。此外，光致發(fā)光量子點(diǎn)是過(guò)渡性的，量子點(diǎn)的真正應(yīng)用在QLED，目前有研稀土也已經(jīng)布局QLED用發(fā)光材料的開(kāi)發(fā)。
為什么說(shuō)到了Mini和 MicroLED時(shí)代，原來(lái)的LED顯示器驅(qū)動(dòng)方式就不起作用了?
柔浩電子總經(jīng)理：佘慶威
是的，當(dāng)LED顯示器進(jìn)入到MicroLED 和MiniLED的時(shí)候，無(wú)法使用傳統(tǒng)的LED顯示器驅(qū)動(dòng)方式。主要的原因是可用的位置問(wèn)題，一般來(lái)說(shuō)傳統(tǒng)的LED顯示器一顆驅(qū)動(dòng)IC最多可以驅(qū)動(dòng)600個(gè)像素，且因?yàn)長(zhǎng)ED顯示器通常都是使用在120吋以上的面積，所以IC大小不會(huì)造成問(wèn)題，但如果同樣的像素進(jìn)到Notebook或是手機(jī)的大小，同樣大小的IC及數(shù)量會(huì)放不進(jìn)去Notebook或是手機(jī)的裝置中，所以MicroLED和 MiniLED需要不同的驅(qū)動(dòng)方式。
一般顯示器的驅(qū)動(dòng)模式大致上可以分為兩類(lèi)型，第一種類(lèi)型為被動(dòng)式矩陣(Passive Matrix)，通常被動(dòng)式的意思就是只有在被掃描到的像素有電流或電壓作用時(shí)才會(huì)有發(fā)光的現(xiàn)象，其余沒(méi)有被掃描到的時(shí)間則呈現(xiàn)不作動(dòng)的狀態(tài)，由于這樣的方式在每一禎畫(huà)面轉(zhuǎn)換的時(shí)間內(nèi)只有作用了其中一列的時(shí)間，因此若要在單獨(dú)一個(gè)面板上達(dá)到高分辨率和高亮度的要求，則會(huì)非常難以達(dá)成，而且只要有其中一個(gè)像素有短路的問(wèn)題很容易造成訊號(hào)的串?dāng)_。
另外也有設(shè)計(jì)是多一個(gè)晶體管做為開(kāi)關(guān)來(lái)避免組件的問(wèn)題造成訊號(hào)干擾，而無(wú)論哪一種方式都還是以被動(dòng)式的形式來(lái)做動(dòng)，目前這樣驅(qū)動(dòng)方式由于電路設(shè)計(jì)上較為簡(jiǎn)易，加上成本也較為低廉，因此大多使用于低分辨率的應(yīng)用領(lǐng)域，如運(yùn)動(dòng)型的穿戴手環(huán)。若有高解析面板的需求也可以使用多片低分辨率的模塊來(lái)做組合，如大型展示屏幕等。
驅(qū)動(dòng)模式的另一種類(lèi)型為主動(dòng)式矩陣(Active Matrix)，主動(dòng)式顧名思義就是它可以在一禎的畫(huà)面時(shí)間內(nèi)藉由畫(huà)素本身的儲(chǔ)存裝置持續(xù)地維持住現(xiàn)有的電壓或電流狀態(tài)，而在儲(chǔ)存裝置設(shè)計(jì)上又可以再被分為兩種不同的模式，一種稱(chēng)之為模擬式的調(diào)變驅(qū)動(dòng)方式(Analog Driving)，其架構(gòu)通常是用類(lèi)似DRAM 的方式來(lái)做設(shè)計(jì)，而其大多是藉由調(diào)整實(shí)際的電流或電壓的大小來(lái)達(dá)成不同灰階變化，這樣的方式也普遍被使用在現(xiàn)有的LCD 及OLED 等顯示器上面，其像素的晶體管設(shè)計(jì)組成也通常是1T1C 或2T1C 等等電壓或電流源的驅(qū)動(dòng)架構(gòu)存在，由于是采用電容的方式來(lái)儲(chǔ)存，所以也存在著漏電及訊號(hào)串?dāng)_的問(wèn)題，但比起被動(dòng)式的驅(qū)動(dòng)要小很多，模擬式的驅(qū)動(dòng)方式通常在高分辨率下還是存在著薄膜晶體管制程上及發(fā)光組件本身所造成的均勻度問(wèn)題，因此也有如7T1C 或5T2C 等較為復(fù)雜的電流源架構(gòu)來(lái)解決其均勻度問(wèn)題。
還有一種則稱(chēng)之為數(shù)字式的調(diào)變驅(qū)動(dòng)(Digital Driving)，其架構(gòu)是以SRAM 的方式來(lái)做設(shè)計(jì)，其像素的設(shè)計(jì)是以6T 為基礎(chǔ)架構(gòu)來(lái)提供電壓或電流源，在這設(shè)計(jì)中由于沒(méi)有電容的因素，所以訊號(hào)串?dāng)_和漏電所造成畫(huà)質(zhì)不佳的問(wèn)題較不易發(fā)生，其不同的灰度表現(xiàn)則是藉由快速的切換開(kāi)關(guān)也就是0 與1 的變化來(lái)產(chǎn)生，這樣的數(shù)字式驅(qū)動(dòng)方法大多使用在微型顯示器中，其模式通�？杀苊庠诟叻直媛实那闆r下因制程因素而造成晶體管本身的差異，進(jìn)而能維持一個(gè)較佳的整體均勻度表現(xiàn)，這樣的驅(qū)動(dòng)也需要建立在可快速切換CMOS 變化的基材，例如擁有相比于a-Si TFT 或LTPS TFT 等有較高電子遷移率的硅基CMOS 背板電路。
微型顯示器大多是使用在投影的環(huán)境中，所以其面板的也多小于1寸也有一些是為了特殊需求而設(shè)計(jì)在1寸之間，主要也是考慮到硅晶圓的有效利用率，其面板的分辨率要求也至少是要qHD 甚至是FHD 或4K，PPI 的要求也都大于2000 到6000 以上，也就是說(shuō)像素的尺寸都會(huì)小于10um 甚至5um，因此大多都是以硅半導(dǎo)體的制程參數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)背板電路，才能達(dá)成高分辨率和高PPI 的要求，以達(dá)到在投影后的影像依然可維持一個(gè)良好的觀看效果，而當(dāng)像素尺寸小到一定程度及分辨率要求很高時(shí)，也都會(huì)盡量采用數(shù)字驅(qū)動(dòng)的方式來(lái)設(shè)計(jì)以符合前述所提到的均勻度問(wèn)題，在灰階調(diào)整上一般會(huì)使用脈沖寬度調(diào)制(PWM)來(lái)產(chǎn)生不同灰度。
PWM 的方式主要是使用分布在時(shí)間間隔上的脈沖段，透過(guò)改變開(kāi)啟和關(guān)閉的持續(xù)時(shí)間來(lái)產(chǎn)生不同灰階變化，該技術(shù)也可以被稱(chēng)為占空比調(diào)制。由于LED 是電流驅(qū)動(dòng)為主的組件，因此在Micro-LED 微型顯示器上的設(shè)計(jì)上也多都會(huì)搭配獨(dú)立固定電流源的設(shè)計(jì)方式在每個(gè)獨(dú)立的像素上來(lái)驅(qū)動(dòng)，以達(dá)到亮度均勻及波長(zhǎng)穩(wěn)定的要求，另外若是采用轉(zhuǎn)移獨(dú)立不同顏色Micro-LED 技術(shù)的話(huà)，則需要考慮到搭配不同RGB 的操作電壓，也因此也都必須在像素內(nèi)部中設(shè)計(jì)獨(dú)立的電壓供應(yīng)控制電路。
目前使用硅基背板電路的Micro-LED 微型顯示器已經(jīng)可以展現(xiàn)其各種優(yōu)異的特性，并且由于高亮度、耗電量低的優(yōu)點(diǎn)也可實(shí)現(xiàn)在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)、虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)、微型投影機(jī)和抬頭顯示器(HUD)等產(chǎn)品上，也由于高均勻度的表現(xiàn)有機(jī)會(huì)成為于工業(yè)上使用的關(guān)鍵組件，如無(wú)光罩型的曝光機(jī)，或者是3D 打印機(jī)等產(chǎn)品上，未來(lái)在亮度和功率上的提升后更可以使用于傳播訊號(hào)用的通訊組件(VLC)以及智能型車(chē)頭燈等的市場(chǎng)上。
