1 前言

　　2011年以來，中國大陸MOCVD機(jī)臺(tái)和LED芯片產(chǎn)能的急速擴(kuò)張，國內(nèi)LED芯片技術(shù)快速進(jìn)步， LED芯片和器件性能穩(wěn)步提升，價(jià)格快速下降，近兩年LED芯片價(jià)格年均下降30%以上。雖然異常激烈的價(jià)格和技術(shù)競爭，擠占了LED芯片企業(yè)的基本利潤，但也正是由于LED芯片和器件性價(jià)比的快速提升，使LED的應(yīng)用領(lǐng)域和滲透比例得到快速擴(kuò)展。戶內(nèi)外全彩LED顯示屏應(yīng)用發(fā)展迅速，而高密度(小間距)LED顯示屏更是成為LED顯示屏領(lǐng)域發(fā)展最為火熱的領(lǐng)域。

　　小間距LED顯示屏是指LED點(diǎn)間距在P2.5以下的室內(nèi)LED顯示屏，主要包括P2.5、 P2.0、 P1.8、 P1.5等LED顯示屏產(chǎn)品。高密度小間距LED顯示屏是行業(yè)新興的重要市場，也是目前產(chǎn)品利潤率較高的市場之一。隨著LED芯片/封裝技術(shù)、顯示屏驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)及顯示屏組裝制造工藝的進(jìn)步， LED顯示屏的分辨率得到了大幅提升，戶內(nèi)高密度LED顯示屏的像素中心距不斷取得突破，目前己邁入0.X mm時(shí)代。

　　戶內(nèi)高密度LED顯示屏今后若干年有可能取代拼接墻成為室內(nèi)高密度大屏幕的主流顯示媒介，在商用顯示、指揮控制中心、公共監(jiān)控指揮、演播會(huì)議中心等室內(nèi)顯示場所將有廣泛的應(yīng)用。在室外應(yīng)用方面，近年隨著室外表貼LED封裝技術(shù)的改進(jìn)以及室外模塊防護(hù)水平的提高，室外全彩屏的像素中心距的極限也在不斷地被刷新， 5.Xmm的室外全彩色大屏幕己在市場得到應(yīng)用。

　　高密度LED顯示屏應(yīng)用具有巨大的潛力，但同時(shí)也面臨不少技術(shù)挑戰(zhàn)。當(dāng)像素間距降低到1.0mm以下時(shí)尤其突出。針對高密度LED顯示屏應(yīng)用，我們總結(jié)出“四高”趨勢，即高像素密度、高掃描比、高刷新率、高灰度等級。要在LED顯示屏中實(shí)現(xiàn)上述“四高”，需要LED產(chǎn)業(yè)上中下游一起努力，在LED芯片特性、 LED封裝技術(shù)、 LED驅(qū)動(dòng)電路及控制系統(tǒng)等方面共同取得進(jìn)步，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈相互配合協(xié)作，才能解決高密度LED顯示屏應(yīng)用中碰到的新問題和挑戰(zhàn)。下面就對高密度LED顯示屏應(yīng)用的理解，結(jié)合上述“四高”趨勢，簡單討論其對LED芯片特性的要求，并列舉目前遇到的一些挑戰(zhàn)。

　　2 高像素密度

　　LED顯示屏點(diǎn)間距由P3.0降到P2.0，再降到P1.0甚至P0.X，單位面積顯示屏需要的LED芯片數(shù)量，按點(diǎn)距倒數(shù)的平方遞增。 1平方米面積的顯示屏， P3.0密度需要0.11KK組的LED芯片，而P1.0密度的高密屏則需要1KK組的LED芯片，數(shù)量比P3.0增加了9倍。高密度LED顯示屏單位面積芯片數(shù)量呈幾何級數(shù)的增加，也對LED芯片提出了更多的要求。

　　2.1 芯片價(jià)格及成本

　　高密度顯示屏對LED芯片的增加，對LED芯片的價(jià)格提出了更高的要求，在滿足應(yīng)用要求的前提下，LED芯片廠必須盡可能降低單顆LED芯片價(jià)格，這就對LED芯片廠的技術(shù)進(jìn)步、生產(chǎn)管理成本控制及良率控制提出了更高的要求。 LED芯片價(jià)格的降低，意味著芯片廠需要不斷提升LED芯片的光效，并減小LED芯片的尺寸——目前芯片尺寸已經(jīng)降低到6mil甚至5mil以下， LED芯片的長寬尺度已經(jīng)減小到接近LED芯片的厚度尺度， LED芯片接近很小的立方體。這就對LED晶片的外延和芯片的劃裂片、分選等工藝提出了更高要求，也對各種異常的控制管理提出了更大的挑戰(zhàn)。

　　2.2 芯片可靠性

　　作為類似點(diǎn)光源的LED芯片， LED顯示屏中LED芯片的光衰減或失效將對LED顯示屏顯示效果的完美和完整性有顯著影響。高密度屏對LED芯片的可靠性提出更苛刻的要求， LED芯片的失效率要由此前的幾十個(gè)ppm降低到幾個(gè)甚至1個(gè)ppm以下，對LED芯片廠的質(zhì)量把控體系提出了更高要求。

　　2.3 小電流一致性

　　為保護(hù)人眼，確保良好的顯示效果，戶內(nèi)LED顯示屏對單位面積的總亮度有明確的要求，高密度LED顯示屏單位面積芯片數(shù)量的增加，意味著單顆LED芯片的亮度需要同比例降低。 LED顯示屏整體亮度一般通過調(diào)整LED芯片的驅(qū)動(dòng)電流實(shí)現(xiàn)，在一些戶內(nèi)高密度顯示屏中， LED芯片的正向電流已經(jīng)降低到1mA甚至0.5mA以下。這就要求小電流工作下， RGB三色芯片的亮度、波長有較好的一致性，還要求對工作電流進(jìn)行調(diào)整時(shí)， RGB三色芯片的亮度、波長的變化特性也要基本保持一致。由于RGB三種顏色芯片的外延材料和組份有較大差異，本身材料的晶體質(zhì)量和物理特性就有差異，要實(shí)現(xiàn)小電流的一致性，需要在三種芯片的外延方面進(jìn)行較好的匹配和調(diào)整。

　　3 高掃描比

　　高密度LED顯示屏采用動(dòng)態(tài)掃描方式，以節(jié)省芯片驅(qū)動(dòng)的成本，如4掃、 8掃、 16掃等。隨著顯示屏密度越來越高，可以預(yù)料掃描比將越來越高，以控制LED驅(qū)動(dòng)的成本，及減少單元板上驅(qū)動(dòng)和控制電路排布的壓力。預(yù)計(jì)未來高密度顯示屏的掃描方式會(huì)由目前主流的8掃和16掃，演變?yōu)?2掃甚至是64掃。更高的掃描比意味著LED芯片將在更多的時(shí)間中處于反壓的非點(diǎn)亮狀態(tài)，這對LED芯片的耐反壓能力有更高的要求，需要LED芯片具有更高的Vr和更長久的耐反壓的能力。

　　4 高刷新率和高灰階

　　基于現(xiàn)有LED顯示屏對灰度的控制方式， LED顯示屏的刷新率和灰階是關(guān)聯(lián)度很高而又相互制約的兩個(gè)參數(shù)。要實(shí)現(xiàn)高刷新和高灰階的高密度LED顯示屏，從LED芯片角度來看其要求是類似的，因此這里把他們放在一起進(jìn)行探討。

　　4.1 LED響應(yīng)時(shí)間

　　LED顯示屏的灰度控制方法一般是基于PWM方式， 為了看起來沒有閃爍感，我們需要使LED顯示屏具有較高的刷新率。這將要求驅(qū)動(dòng)芯片的OE的開關(guān)時(shí)間盡可能快(目前較好的驅(qū)動(dòng)IC最短的OE的開關(guān)時(shí)間已經(jīng)能做到20ns以下)，同時(shí)也就要求LED芯片能在如此短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)線性的亮度響應(yīng)。因此基于現(xiàn)有的LED對灰度和刷新率的控制方式，要在高密度LED顯示屏中實(shí)現(xiàn)低亮度、高刷新和高灰度，需要LED的響應(yīng)時(shí)間(開啟時(shí)間+關(guān)滅時(shí)間)盡可能的短，例如要低于20ns甚至是10ns以下。這對LED外延材料的生長和LED結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了很高要求，需要在外延生長方面進(jìn)行科學(xué)的全面的優(yōu)化，并保持MOCVD系統(tǒng)和程式的高度穩(wěn)定

　　4.2 開啟和關(guān)滅一致

　　要實(shí)現(xiàn)高密度LED顯示屏的高灰度和高刷新，不但需要LED芯片有盡可能短的響應(yīng)時(shí)間，還要求LED芯片在短時(shí)間點(diǎn)亮的情況下，有較一致的開啟電壓(Vfin)，并且開啟電壓要盡可能大，還要具有較快且一致的關(guān)滅時(shí)間。這將有利于消除LED顯示屏中的暗亮現(xiàn)象、低亮度和低灰度情況下亮度不均和顏色不均及灰度損失等現(xiàn)象。

　　4.3 耐正向沖擊能力

　　當(dāng)驅(qū)動(dòng)芯片的OE時(shí)間降低到50ns甚至是20ns以下時(shí)，在驅(qū)動(dòng)電流輸出的上升沿和下降沿很容易出現(xiàn)突波(或稱電流過沖)現(xiàn)象。 LED芯片在頻繁的電流過沖情況下工作，容易出現(xiàn)異常的光衰減甚至是死燈現(xiàn)象。要解決這個(gè)問題，一方面要從驅(qū)動(dòng)芯片的電路設(shè)計(jì)著手，盡可能在保證足夠小的OE時(shí)間的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)規(guī)則的脈沖方波電流的輸出(這在OE時(shí)間降低到20ns甚至是10ns以下時(shí)，確實(shí)不太容易)。另一方面就是LED芯片廠商優(yōu)化其外延結(jié)果和芯片工藝，提升LED芯片的耐脈沖過電流沖擊的能力。

　　LED高密度顯示屏應(yīng)用關(guān)注度很高，未來大量的應(yīng)用規(guī)?？善?，通過LED上中下游產(chǎn)業(yè)鏈的相互協(xié)作，共同解決LED高密度屏中的一些問題，提出并形成一些標(biāo)準(zhǔn)，將使LED在大尺寸高密度顯示甚至是3D顯示領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。以上是筆者對于高密度LED顯示屏應(yīng)用中LED芯片特性的一些要求的理解，由于對LED顯示屏的驅(qū)動(dòng)和控制了解有限，難免有不妥之處，在此拋磚引玉，以期共同探討。