LED显示背板技术解析

现在大街上随处可见的LED显示屏，还有装饰用的LED彩灯以及LED车灯，处处可见LED灯的身影，LED已经融入到生活中的每一个角落。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*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。

NPP LED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(SMD)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*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(50微米)到0.3毫米(300微米)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(此前为X-Celeprint)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(DisplayWeek)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”(70 PPI)。

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(Kyocera)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(200 PPI)，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 / m 2，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(MicroLED)到大约75*125微米(MiniLED)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(可能是一微米或两微米)。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。硅基板是具备高密度和*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(硅上氮化镓集成到硅背板)。Plessey Semiconductor可能是*个成功展示*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低的解决方案。

*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*于某些应用、尺寸、间距或基板类型。虽然LED在生活中处处可见，但是LED也还有一些不足需要我们的设计人员拥有更加专业的知识储备，这样才能设计出更加符合生活所需的产品。