Как получают светодиоды?
Основой светодиода является полупроводник, особый материал который при определенных условиях пропускает ток. Основа для изготовления полупроводников в светодиодах, является синтетическая сапфировая подложка, которую выращивают в лаборатории.
Подложку размещают в камере реакторе, после чего в течение 6 часов при температуре 1000 градусов на ней выращивают сложную полупроводниковую гетероструктуру, состоящую из нитридов галлия, индия и алюминия.
Атомы этих металлов, помещены в специальных металлических контейнерах расположенных в емкостях с жидкостью, для поддержания определенной температуры. От них по трубкам, через форсунки попадают в камеру реактор.
Атомы из емкостей поступают к форсункам расположенным внутри камеры реактора.
Открывая в определенном порядке форсунки, металла органические соединения оседают на подложке.
Химические процессы.
Нитриды осаждаются слоями в 1 нано метр, в результате химической реакции между аммиаком и парами металла органических соединений.
Внедрением примесей кремния и магния получают в нитридах необходимые N и P типы проводимости. После завершения процесса подложку извлекают из камеры и проверяют на электро проводимость.
Что за внутренний процесс, откуда свет?
Все материалы состоят из атомов и летающих вокруг них электронов, в некоторых веществах внешние электроны, слабо связанны с ядром своего атома. Тем самым они способны покинуть его, став свободными электронами, в физике их обозначают буквой ( n ), именно они и переносят на себе электрический заряд. Чем больше у вещества свободных электронов, тем выше его электро проводимость. На месте где располагался электрон образуется сгусток электромагнитного поля, в физике обозначается буквой ( p ), его называют дыркой.
После обработки в камере реакторе, у сапфира появляется много свободных электронов. Пропуская ток через подложку, свободные электроны ( n ), начинают двигаться на встречу дыркам ( p ). Проходя через дырку, электрон выбрасывает фотон света который мы видим.
Идем дальше.
После успешного завершения проверки, светодиодную подложку направляют на дальнейшую обработку. При помощи травления химическими составами или лазером, светодиодным кристаллам задают необходимые формы и размеры. В зависимости от мощности будущего светодиода определяются его параметры и габариты.
Как только подложка обретает свою микро архитектуру, то ее вновь отправляют на тестирование только уже каждого микро чипа в отдельности. Процесс проверки 6000 тысяч кристаллических чипов, занимает 3 часа, при диаметре основной подложки 15 см.
Прошедшие проверку светодиодные чипы, загружают в станок который автоматически наносит контактные группы и извлекает чипы, размещая их в пластиковые или керамические корпуса. Проделать это в ручном режиме не возможно, имея даже микроскоп.
Последний штрих.
После размещения чипов, другой аппарат заливает чип светодиода спец составом из геля и люминофора. Этот состав защищает чип от внешних вредоносных факторов, а люминофор придает светодиодному чипу необходимый оттенок. В основном это теплый белый свет. Все кристаллы изначально светятся синим светом. Для получения другого свечения, в гетероструктуру светодиодного чипа, вносят примеси других атомов металла. В качестве заливки используют прозрачный силиконовый гель.
Светодиодный чип готов для монтажа в любой светодиодный прибор или устройство. Монтаж также выполняется автоматизированной машиной. Но и в ручную их монтировать уже вполне возможно, необходимо знать параметры пайки и располагать хорошим инструментом.
Что такое процесс сборки светодиодов?
Светодиодные фонари — это четвертая полоса энергии. Светодиоды обладают специальными эффектами, такими как энергосбережение и защита окружающей среды., что делает их лучшим выбором для повседневного освещения. Процесс сборки и производства светодиодов уже давно отработан., за исключением того, что светодиодный световой чип должен быть изготовлен на специальном заводе, и другие материалы получить не составит труда. Затраты на сборку и производство светодиодов относительно низкие.. Давайте вместе разберемся в процессе сборки светодиодов и посмотрим, как шаг за шагом собираются наши инструменты для ежедневного освещения..
-
- Обнаружение светодиодного светового чипа
Проверка светодиодного светового чипа является первым звеном в сборке светодиодов, и это тоже очень важная ссылка. Если свет чипа ненормальный, светодиодный свет будет излучать ненормально или даже неярко. Если есть проблема со светом светодиодного светового чипа, нет возражений против дальнейшей работы. В основном проверьте, не поврежден ли электрод светодиодной микросхемы., проверить универсальным измерителем, чтобы убедиться, что различные параметры соответствуют проектным требованиям, завершен ли рисунок электродов, и ровная ли поверхность всего чипа.
- Расширение расстояния светодиодного чипа
После проверки микросхемы, расстояние от стружки должно быть увеличено. Для более качественного проведения последующих работ по сборке светодиодов, очень нужно растягивать расстояние между светодиодными фишками. После того, как светодиодные чипы вырезаны, шаг составляет около 0,1 мм, и расширитель пленки необходим, чтобы увеличить расстояние между чипами примерно до 0,6 мм.. Эту задачу также можно выполнить вручную., но ручная эффективность низкая, ошибка большая, и стоимость высока. По сути, комплектуется пленочным расширителем.
- Выдача светодиодных чипов
При открытии серебряного клея или изоляционного клея, продолжайте помешивать серебряный клей или изоляционный клей. Обратите внимание на время перемешивания, не слишком долго. Стоимость серебряного клея и изоляционного клея легко воспламеняется., и есть строгие стандарты использования и хранения. Поместите готовые точки клея в соответствующее положение кронштейна светодиода.. Расположение клея и количество клея предъявляют строгие технологические требования., а те, которые не соответствуют требованиям, должны быть переработаны. В разных материалах используются разные клеи. Синие и зеленые светодиодные чипы для использования на сапфировых изоляционных подложках, и изоляционный клей используется для фиксации стружки. красный, желтый, и желто-зеленые чипы используют проводящие подложки SiC и GaAs. Есть задние электроды, и серебряный клей используется для фиксации чипа.
- Приклейте заднюю часть светодиодного чипа
В отличие от дозирования клея, клей на тыльной стороне светодиода предназначен для нанесения заранее подготовленного серебряного клея на электрод на тыльной стороне светодиода., и машина для подготовки клея является основным инструментом этого процесса. Установите наклеенный светодиод на кронштейн. Не для всех продуктов требуется этот процесс.. Этот шаг также более эффективен в процессе сборки светодиодов., и требования к сравнительному процессу невысоки.
- Ручная установка светодиодных чипов
Поместите обработанный светодиодный чип на верстак., и поместите кронштейн светодиода в нижнее положение, с микроскопом на верстаке. Понаблюдайте за конструкцией кронштейна светодиода с помощью микроскопа., и установите чипы одну за другой в соответствующее положение.. Ручная установка позволяет установить относительно сложные продукты и установить несколько микросхем на кронштейн., но КПД ниже, чем у автоматической установки, и вероятность успеха относительно низкая.
- Рамка для автоматического монтажа светодиодных чипов
Автоматическая установка чипа может напрямую завершить два этапа: дозирование и установка клея.. Первый, приготовленный клей наносится точечно на светодиодный кронштейн, а затем чип всасывается и перемещается, а затем чип устанавливается на кронштейн светодиода. Старайтесь не использовать металлические насадки для всасывающей насадки.. Поверхность светодиодного чипа очень хрупкая, особенно голубые фишки и зеленые фишки. Металлическое всасывающее сопло позволяет легко поцарапать чип и повредить текущий диффузионный слой на поверхности чипа.. Автоматическая установка в стойку требует знания программирования работы оборудования., и есть определенные требования к точности установки и дозировке в процессе.
- Светодиодное спекание
После нанесения клея, клей нужно спекать, чтобы зафиксировать. Температура и время спекания серебряного и изоляционного клея различны.. Их необходимо отрегулировать в соответствии с реальной ситуацией.. Серебряный клей обычно нужно спекать при температуре 150 ° C в течение двух часов., а иногда его можно спекать при температуре 170 ° C для 1 час. Отверждение изоляционного клея относительно просто, обычно спекание при температуре 150 ℃ в течение одного часа. Чтобы гарантировать качество продукта, духовку нельзя открывать по желанию, и не должен использоваться для других целей.
- Светодиодная сварка под давлением
Есть два типа сварки давлением, Один — это соединение шариков из золотой проволоки, а другой — склеивание алюминиевой проволоки. При соединении алюминиевой проволокой используется алюминиевая проволока для подключения электрода к микросхеме.. Процесс работы заключается в том, чтобы зажать алюминиевую проволоку между проволоками на электроде., а затем другой конец алюминиевого провода протягивается в соответствующем положении кронштейна светодиода, и алюминиевый провод разрывается. Процесс соединения шариков из золотой проволоки аналогичен процессу соединения алюминиевой проволокой., это, проволока прожигает шарик в месте паяного соединения, а затем соединяет алюминиевый провод с двумя металлическими шариками.. Соединение давлением соединяет внутренний и внешний выводы микросхемы и соединяет электроды с микросхемой.. Сварка давлением является ключевой частью сборки светодиодов, и существуют технологические требования для натяжения алюминиевой проволоки для сварки давлением и паяных соединений..
- Светодиодный пакет
Для различных светодиодных продуктов используются разные способы упаковки светодиодов., некоторые подходят для дозирования, некоторые подходят для заливки, а некоторые подходят для лепки. В процессе упаковки, эта проблема накопления будет возникать надолго, такие как пузыри в упаковке, неполные упаковочные материалы, и черные огни на упаковке.
Раздача и упаковка в основном производятся машинами., а ручные операции слишком сложны и трудны для выполнения. Упаковочный материал имеет тенденцию к утолщению во время использования., все скорости дозирования должны быть высокими, и объем дозирования должен быть соответствующим. Светодиоды, содержащие люминофор, предъявляют повышенные требования к дозированию., и осаждение люминофоров будет иметь различие в светлом цвете.
Инкапсуляция клея предназначена для впрыскивания клеевого материала в полость литья светодиода., затем вставьте светодиодный кронштейн, затем сушить, и наконец, вынуть отформованный светодиодный продукт
Формованная упаковка предназначена для помещения кронштейна светодиода в вакуумную форму., используйте гидравлический стержень, чтобы протолкнуть твердый упаковочный материал в форму и отвердить, и, наконец, вынуть светодиодный продукт.
- Отверждение и пост-отверждение
Отверждение и последующее отверждение должны укрепить корпус и усилить прочность соединения эпоксидной смолы с печатной платой.. Время отверждения пакета пресс-форм относительно короткое., и он завершен в 4 минут при температуре 150 ° C. Заливка и дозирование занимает относительно много времени., и его нужно запекать при температуре 135 ℃ в течение одного часа..
- Светодиодная сегментация
Когда производятся светодиоды, они не производятся индивидуально, а производятся партиями. Это приводит к тому, что множество светодиодных кронштейнов соединяются вместе и их необходимо разделить на отдельные части.. В разных светодиодных продуктах используются разные технологии., и пакет лампы напрямую отключает соединение светодиодного кронштейна. SMD-LED — это большая деталь, прикрепленная к печатной плате., и лучше всего использовать машину для нарезки кубиков, чтобы отделить светодиод.
- Классификация светодиодов
Фотоэлектрические параметры и светодиоды одинаковой формы классифицируются и распределяются в соответствии с потребностями клиентов..
- Светодиодная упаковка
Упаковка стоимости светодиодов требует антистатической обработки..
Сборка светодиодов — это не сложный проект, но весь процесс требует высоких технологий, ссылка может напрямую повлиять на качество светодиода. Монтаж печатной платы MOKOLight LED передовые технологии в отрасли, может быстро производить светодиодные фонари, нуждающиеся в различных клиентах
Производство светодиодов (LED), материалы, технологии
История появления светодиодов, технология производства
Светодиоды были разработаны после окончания Второй мировой войны. Возник большой интерес к материалам для детекторов света и микроволнового излучения. В ходе этих исследований были разработаны различные полупроводниковые материалы, детально исследованы их свойства взаимодействия со светом.
Полезные статьи:
В 1950-х годах стало ясно, что те же самые материалы, которые использовались для обнаружения света, можно использовать и для генерации света. Исследователи из AT&T Bell Laboratories первыми использовали светогенерирующие свойства этих новых материалов в 1960-х годах. Светодиод был предшественником и случайным побочным продуктом усилий по разработке лазера. Крошечные цветные лампочки представляли некоторый интерес для промышленности, потому что у них были преимущества перед лампочками аналогичного размера.
Первые светодиоды не были такими надежными и полезными, как те, что продаются сегодня. Часто они могли работать только при температуре жидкого азота (-104 градуса по Фаренгейту или -77 градусов по Цельсию) или ниже и сгорали всего за несколько часов. Они были очень неэффективны — потребляли энергию и излучали очень мало света.
Все эти проблемы можно объяснить отсутствием надежных технологий производства соответствующих материалов в 1950-х и 1960-х годах. Когда материалы были улучшены, последовали и другие достижения в технологии: методы электронного соединения устройств, увеличение диодов, повышение их яркости и создание большего количества цветов.
Преимущества светодиода перед лампочкой для практического применения, требующих небольшого источника света, воодушевили таких производителей, как Texas Instruments и Hewlett Packard для коммерческого производства светодиодов.
Внезапное широкое признание на рынке в 1970-х годах стало результатом снижения производственных затрат, а также грамотного маркетинга, благодаря которому продукты со светодиодными дисплеями (например, часы) казались «высокотехнологичными». Предприятия смогли производить множество светодиодов подряд для создания различных дисплеев, в часах, научных приборах и компьютерных считывателях карт. Технология все еще развивается сегодня, поскольку производители ищут способы сделать устройства более эффективными, менее дорогими и в большем количестве цветов.
.jpg)
Сырье для светодиодов
Диоды, как правило, сделаны из очень тонких слоев полупроводникового материала. Один слой будет иметь избыток электронов, а следующий будет иметь дефицит электронов. Эта разница заставляет электроны перемещаться из одного слоя в другой, тем самым генерируя свет. Теперь производители могут делать эти слои толщиной до 0,5 микрона/
Для изготовления полупроводниковых пластин галлий, мышьяк и/или люминофор сначала смешивают вместе в камере и переводят в раствор. Чтобы они не попали в сжатый газ в камере, их часто покрывают слоем жидкого оксида бора. Затем в раствор погружают стержень и медленно вытягивают. Раствор охлаждается и кристаллизуется на конце стержня, когда его поднимают из камеры, образуя длинный цилиндрический кристаллический слиток. Затем слиток разрезают на пластины.
Полупроводник — это кристаллический материал, который проводит электричество только при наличии в нем высокой плотности примесей. Примеси внутри полупроводника используются для создания необходимой электронной плотности.
Срез или пластина полупроводника представляет собой единый однородный кристалл, а примеси вводятся позже в процессе производства. Думайте о вафле как о пироге, который смешивают и выпекают в установленном порядке, а о примесях — как о орехах, взвешенных в пироге. Конкретными полупроводниками, используемыми для производства светодиодов, являются арсенид галлия (GaAs), фосфид галлия (GaP) или фосфид арсенида галлия (GaAsP). Различные полупроводниковые материалы (называемые подложками) и различные примеси приводят к разным цветам света от светодиода.
Примеси — это как «орехи в пироге», которые вводятся позже в производственном процессе, чтобы светодиод работал правильно. Этот процесс называется допингом. Обычно добавляются примеси цинка или азота, но также используются кремний, германий и теллур. Как упоминалось ранее, они заставят полупроводник проводить электричество и заставят светодиод функционировать как электронное устройство. Именно за счет примесей может быть создан слой с избытком или недостатком электронов.
Для комплектации устройства необходимо провести к нему и от него электричество. Таким образом, провода должны быть прикреплены к подложке, хорошо прилипать к полупроводнику. Быть достаточно прочными, чтобы выдерживать последующие такие обработки, как пайка и нагрев. Для этой цели чаще всего используются соединения золота и серебра, поскольку они образуют химическую связь с галлием на поверхности пластины.
Светодиоды заключены в прозрачный пластик, как пресс-папье из люцита, в котором подвешены предметы. Пластик может быть любого сорта, и его точные оптические свойства будут определять, как будет выглядеть выходной сигнал светодиода. Некоторые пластики являются диффузионными, что означает, что свет будет рассеиваться во многих направлениях.
Некоторые из них прозрачны, и их можно превратить в линзы, которые будут направлять свет прямо от светодиода узким лучом. Пластмассы могут быть окрашены, что изменит цвет светодиода, позволяя проходить большему или меньшему количеству света определенного цвета.
При его разработке необходимо учитывать несколько особенностей светодиода, поскольку он представляет собой как электронное, так и оптическое устройство. Желаемые оптические свойства, такие как цвет, яркость и эффективность, должны быть оптимизированы без чрезмерной электрической или физической конструкции. На эти свойства влияют размер диода, конкретные полупроводниковые материалы, используемые для его изготовления, толщина слоев диода, а также тип и количество примесей, используемых для «легирования» полупроводника.
.jpg)
Производство светодиодов
Изготовление полупроводниковых пластин
1. Сначала изготавливается полупроводниковая пластина. Конкретный состав материала — GaAs, GaP или нечто среднее — определяется цветом изготавливаемого светодиода. Кристаллический полупроводник выращивают в камере с высокой температурой и высоким давлением. Галлий, мышьяк и/или фосфор очищаются и смешиваются вместе в камере. Тепло и давление разжижают и сжимают компоненты вместе, так что они превращаются в раствор. Чтобы они не попали в сжатый газ в камере, их часто покрывают слоем жидкого оксида бора, который изолирует их, так что они должны «слипаться». Это известно как инкапсуляция жидкости, или Метод выращивания кристаллов Чохральского.
После того, как элементы смешаны в однородный раствор, в раствор погружают стержень и медленно вытягивают. Раствор охлаждается и кристаллизуется на конце стержня, когда его поднимают из камеры, образуя длинный цилиндрический кристаллический слиток (или булю) GaAs, GaP или GaAsP.
2. Затем материал нарезается на очень тонкие полупроводниковые пластины толщиной примерно 10 мм. или примерно толщиной с мешок для мусора. Пластины полируются до тех пор, пока их поверхности не станут очень гладкими, чтобы на их поверхность можно было легко наносить больше слоев полупроводника. Принцип аналогичен шлифовке стола перед его покраской.
Каждая пластина должна представлять собой монокристалл материала однородного состава. К сожалению, иногда в кристаллах могут быть дефекты, из-за которых светодиод работает плохо. Дефекты также могут быть результатом процесса полировки; такие недостатки также ухудшают работу устройства. Чем больше дефектов, тем меньше пластина ведет себя как монокристалл. Без правильной кристаллической структуры материал не будет функционировать как полупроводник.
3. Затем пластины проходят тщательную химическую и ультразвуковую очистку с использованием различных растворителей. Этот процесс удаляет грязь, пыль или органические вещества, которые могли осесть на полированной поверхности пластины. Чем чище обработка, тем качественнее будет полученный светодиод.
.jpg)
Добавление эпитаксиальных слоев
4. Дополнительные слои полупроводникового кристалла выращены на поверхности пластины, как добавление дополнительных слоев к «пирогу». Это один из способов добавления примесей или примесей в кристалл. На этот раз кристаллические слои выращиваются с помощью процесса, называемого жидкофазной эпитаксией (ЖФЭ).
В этом методе эпитаксиальные слои — это полупроводниковые слои, которые имеют ту же кристаллическую ориентацию, что и подложка внизу. Наносятся на пластину, когда она вытягивается под резервуарами с расплавленным GaAsP. В резервуарах есть соответствующие примеси, смешанные с ними. Пластина опирается на графитовую пластину, которая проталкивается через канал под емкостью с расплавленной жидкостью (или расплавом). Различные примеси могут быть добавлены в последовательные расплавы или несколько в один и тот же расплав, создавая слои материала с различной электронной плотностью. Осажденные слои станут продолжением кристаллической структуры пластины.
ЖФЭ создает исключительно однородный слой материала, что делает его предпочтительным методом выращивания и легирования. Образующиеся слои имеют толщину в несколько микрон.
5. После нанесения эпитаксиальных слоев может потребоваться добавление дополнительных легирующих примесей для изменения характеристик диода по цвету или эффективности. Если делается дополнительное легирование, пластина снова помещается в трубу высокотемпературной печи, где она погружается в газовую атмосферу, содержащую легирующие примеси. Азот или аммоний цинка являются наиболее распространенными. Азот часто добавляют в верхний слой диода, чтобы сделать свет более желтым или зеленым.
Добавление металлических контактов
6. Затем на пластине определяются 6 металлических контактов. Схема контакта определяется на этапе проектирования и зависит от того, будут ли использоваться диоды по отдельности или в комбинации. Контактные узоры воспроизведены на фоторезисте, светочувствительном соединении.
Жидкий резист наносится каплями, пока пластина вращается, распределяя его по поверхности. Резист затвердевает в результате кратковременного обжига при низкой температуре (около 215 градусов по Фаренгейту или 100 градусов по Цельсию). Затем мастер-шаблон или маска дублируется на фоторезисте, помещая его поверх пластины и экспонируя резист в ультрафиолетовом свете (так же, как делается фотография с негатива). Экспонированные участки резиста смываются проявителем, остаются неэкспонированные участки.
7. Теперь контактный металл напыляется на шаблон, заполняя открытые участки. Испарение происходит в другой высокотемпературной камере, на этот раз вакуумной. Кусок металла нагревают до температуры, при которой он испаряется. Далее конденсируется и прилипает к открытой полупроводниковой пластине, подобно тому как пар запотевает на холодном окне. Затем фоторезист можно смыть ацетоном, оставив только металлические контакты.
В зависимости от окончательной схемы монтажа светодиода на обратную сторону пластины может быть напылен дополнительный слой металла. Любой наплавленный металл должен пройти процесс отжига, в котором пластину нагревают до нескольких сотен градусов и оставляют в печи (с протекающей через нее инертной атмосферой водорода или азота) на период до нескольких часов. За это время металл и полупроводник химически связываются друг с другом, поэтому контакты не отслаиваются.
8. Одна пластина, изготовленная таким образом, будет иметь один и тот же рисунок, повторяющийся на ней до 6000 раз. Это дает представление о размере готовых диодов. Диоды разрезаются либо скалыванием (отламыванием пластины вдоль плоскости кристалла), либо распиливанием алмазной пилой.
Каждый небольшой сегмент, вырезанный из пластины, называется штампом. Сложный и подверженный ошибкам процесс, резка дает гораздо менее 6000 пригодных для использования светодиодов и является одной из самых больших проблем в ограничении производственных затрат на полупроводниковые устройства.
Монтаж и упаковка
9. Индивидуальные штампы монтируются на соответствующую упаковку. Если диод будет использоваться сам по себе в качестве индикатора или, например, для украшений, он устанавливается на два металлических провода длиной около 5 сантиметров. Обычно в этом случае тыльная сторона пластины покрыта металлом и образует электрический контакт с выводом, на который она опирается.
Крошечная золотая проволока припаяна к другому проводу и соединена проволокой с узорчатыми контактами на поверхности кристалла. При соединении проводов конец провода прижимается к контактному металлу очень тонкой иглой. Золото достаточно мягкое, чтобы деформироваться и прилипать к металлической поверхности.
10. Наконец, вся сборка запечатана пластиком. Проволоки и матрица подвешены внутри формы, которая имеет форму в соответствии с оптическими требованиями упаковки (с линзой или разъемом на конце), а форма заполняется жидким пластиком или эпоксидной смолой. Эпоксидка затвердела, и упаковка готова.
Контроль качества
Качество в производстве полупроводников принимает две формы. Первая проблема связана с конечным продуктом, а вторая — с производственными мощностями. Каждый светодиод проверяется при подключении проводом на рабочие характеристики. Определенные уровни тока должны давать определенную яркость. Точный цвет света проверяется для каждой партии пластин, и некоторые светодиоды будут подвергаться стресс-тестированию, включая испытания на срок службы, тепловые и энергетические пробои и механические повреждения.
Для стабильного производства продукции производственная линия должна работать надежно и безопасно. Многие из вышеперечисленных этапов обработки можно автоматизировать, но не все. Общая чистота объекта и поступающие чистые пластины тщательно контролируются. Строятся специальные помещения («чистые помещения»), которые поддерживают чистоту воздуха до одной части на 10 000 для определенных этапов обработки (в частности, номера 1-5 выше). Все эти проверки возникают из-за желания повысить выход или количество успешных светодиодов на пластину.
Будущее светодиодов
Оптоэлектроника расцветает с появлением все более и более совершенных методов обработки. Теперь можно производить вафли с чистотой и однородностью, невиданной 5 лет назад. Это повлияет на то, насколько яркими и эффективными будут светодиоды, и как долго они прослужат. По мере улучшения они подходят для все более требовательных приложений, таких как связь. Средний срок службы маленькой лампочки составляет 5-10 лет, но средний современный светодиод должен прослужить 100 лет до выхода из строя. Это делает их пригодными для приложений, где трудно или невозможно заменить детали, например, в подводной или космической электронике. Хотя светодиоды не подходят для оптоволокна большой дальности передачи, они часто используются для оптической передачи на короткие расстояния, такой как дистанционное управление, связь между чипами или возбуждение оптических усилителей.
Разрабатываются другие материалы, которые позволят производить светодиоды синего и белого света. Синий свет не только делает возможным большее разнообразие индикаторов и игрушек с большим количеством цветов, но и предпочтительнее для некоторых приложений, таких как оптические накопители и визуальные дисплеи. Синий и белый свет менее опасны для глаз. Дополнительные цвета, безусловно, открыли бы новые области применения.
Наконец, по мере развития технологии обработки и появления возможности включения большего количества устройств в один чип, светодиодные дисплеи станут более «интеллектуальными». Один микрочип будет содержать всю электронику для создания буквенно-цифрового дисплея и сделает приборы меньше и сложнее.
Каталог светильников ФОКУС Технологии производства светодиодных LED экранов: Micro-LED vs. Mini-LED
Изначально стояла задача разобраться, что из себя представляет Micro LED, а также Mini LED в области светодиодных экранов для внутреннего исполнения. Потому что на этом рынке происходит путаница из-за применения слов «micro, mini, nano» для экранов, созданных с использованием разных технологий. Заказчики в свою очередь бездумно повторяют эти пресловутые «микро», «мини» и «нано» в гонке за самым «крутым» экраном, не понимая, что эти приставки не более чем маркетинговый ход.
Прогресс на то и прогресс, чтобы идти семимильными шагами. Экран должен быть ярче, цвета насыщенней, меньше потреблять, меньше греться и так далее – ученые и инженеры трудятся над улучшением сильных технических особенностей – в каждой технической детали.
А где прогресс, там и маркетинг, который использует всевозможные маркетинговые инструменты для рекламы того, в чем маркетологи не смыслят. Важна узнаваемость на рынке, продажи, а технологии – это дело второе.
Светодиодные экраны
Их разделяют на внутренние и внешние экраны. Для стационарной установки и арендной. Всё новые технологии позволяют усовершенствовать технические особенности светодиодных экранов в части питания, креплений, новых плат, а также шага и размера самого светодиода или по-другому – пикселя.
Шаг пикселя или питч – расстояние в миллиметрах между двумя соседними центрами светодиодов. Каждый год случается эдакий технологический мини-прорыв, когда та или иная компания представляет рекордно меньший шаг пикселя. Сокращая расстояние – уменьшают и размеры самого светодиода.
Технологии производства светодиодов
DIP — The Direct In-line Package. Данную технологию используют для внешних экранов, где для каждого цвета используют отдельный светодиод. Шаг пикселя больше или равен 6 мм.
SMD – Surface Mounted Device. Данный вид технологии «3 в 1» — условно технология производства светодиодных экранов. Применяется для внутренних экранов и для внешних, — светодиод, в корпусе которого уже установлено три RGB светодиода с определенным шагом.
DIP технология разделения цвета на три разных корпуса позволяет получать высокую насыщенность цвета и обеспечивает простоту монтажа. С другой стороны, в SMD 3 in 1 общие цвета, за счет использования RGB в одном корпусе, получаются более равномерными. Это стандартная технология, используемая в высококачественных светодиодных экранах. Технологию поверхностного монтажа также применяют и для наружных экранов.
COB – Chip-On-Board. Данную технологию применяют для внутренних экранов, путем выращивания светодиода, также состоящего из светодиодов трех цветов, расположенных непосредственно на плате.
SMD 3 in 1
Практически все экраны для внутренней установки используют технологию поверхностного монтажа. Для создания светодиодных экранов требуется, чтобы каждый светодиод, он же пиксель, мог излучать красный, синий, зеленый цвета – поэтому в каждом маленьком LED находится 3xLED, соответственно и технология называется SMD 3in1.
Простая и отработанная технология. Сначала выращивают кристаллы на сапфировых подложках, далее создают светодиоды. После – производители светодиодных стен приобретают светодиоды и посредством технологии SMD создают светодиодные модули, из которых собирают видеостены.
Процесс отработанный, прост как в монтаже, так и в обслуживании – то есть не работающий светодиод убирается и припаивается новый. Есть нюансы, что не все светодиоды светят одинаково, поэтому при покупке экрана приобретаются светодиоды той же партии. Также есть различия по металлу, используемому в проводниках – если золото, то качество выше, собственно, как и стоимость самих светодиодов и готового экрана. При вводе в эксплуатацию разницы никакой, лишь через период времени можно увидеть отличия.
Так как светодиоды припаяны к плате – то при качественной уборке помещений, при протирании экрана тряпкой, маленькие светодиоды отрываются от своих посадочных мест. И через некоторое время – картинка становится не такой приятной глазу. Однако это уже проблемы эксплуатации – можно ведь и ограничить круг лиц, имеющих доступ к экрану.
Проблемы начались после того, как компании перешли границу расстояний между светодиодами меньше 1мм. Так как помимо расстояния уменьшается и светодиод, то во-первых – увеличилась сложность пайки, во-вторых – сами светодиоды стали плохо держаться на своих посадочных местах.
Поэтому придумали собирать каждый SMD 3in1 светодиод в группу по 4 светодиода и дальше припаивать группами.
IMD 4 in 1
IMD — Integrated Mounted Device. Технология поверхностного монтажа IMD 4in1 представляет не один светодиод SMD 3in1, а 4 таких светодиода в одной группе. После, за счет увеличенной площадки, группы припаиваются на основное посадочное место. Сейчас на рынке в основном представлены группы 4in1, однако в скором времени ожидается появление 9in1 и 16in1.При этом шаги пикселей стали меньше, сами светодиоды также стали меньше, а простота монтажа осталась. На сегодняшний день существуют прототипы экранов с шагом 0,5мм и 0,6мм, выполненных по этой технологии. Они были представлены на выставке ISE2020.
Также для защиты светодиодов при таких шагах пикселей используют технологии GOB и AOB для заливки как светодиодов полностью, так и только «ножек».
COB – Chip-on-board
На картинке слева приведен пример: слева – светодиодный экран по технологии COB, где каждый пиксель не имеет корпуса, справа – по технологии IMD4in1.Альтернативная технология создания кристаллов и светодиодов — выращивание их непосредственно на самой плате. Технология известна давно, но широкое распространение стала получать недавно – для монтажа светодиодов на плате с очень маленькими шагами пикселей.
Чип состоит также их трех светодиодов RGB. По технологии, кристалл может быть перевернут, пайка не требуется, так как кристалл выращен на плате. Соответственно, в будущем производители планируют совсем отказаться от пайки для маленького шага пикселя, убрав существующие недостатки SMD технологии.
alt=»image» />После выращивания светодиодов — производители светодиодных экранов, применяющие данную технологию – заливают модули или кабинеты со светодиодами специальным оптически прозрачным компаундом или гелем для защиты светодиодов.
Экран становится гладким, похожим на экран ЖК-панелей. Из сразу вытекающих плюсов – появляется защита светодиодного полотна от механических повреждений, например, при уборке. Ясное дело – что компаунд не обеспечивает защиту от механических воздействий.
По сравнению с обычной технологией SMD поверхностного монтажа, COB позволяет увеличить плотность размещения светодиодов на одной и той же площади. Как следствие — достигается еще большая однородность пикселизации для пользователя.
Каждый этап развития технологий пытается устранить недостатки предыдущих. Например, COB технология разработана, чтобы, с одной стороны, защитить светодиоды от повреждений, особенно когда речь идет об очень маленьких светодиодах, упростить способ компоновки сверх-маленьких светодиодов на плате, дополнительно уменьшить тепловыделение и энергопотребление, но первостепенно – это возможность применения маленьких пикселей без проблем пайки.
По сравнению с технологией DIP и SMD, светодиодные экраны по технологии COB имеют существенные преимущества.
- Меньшая глубина. За счет возможности применения платы меньшей толщины производители могут уменьшить толщину общего конструктива. Соответственно, уменьшится и общий вес экрана. Выигрыш в толщине конструктива, возможность не усиливать некоторые виды стен, а также конечная стоимость.
- Увеличенный угол обзора. Экран на основе SMD технологии создается путем установки трех светодиодов внутри корпуса, таким образом размещая RGB светодиоды в небольшой выемке. Плюс, добавляются сложности при замене светодиодов, при их новой установке, а также неровности маски и другие факторы. В итоге угол обзора уменьшается и становится неодинаковым.
DIP имеет угол обзора 100-110 градусов;
SMD – 120-140 градусов;
COB – больше 170 градусов.
*Хотя на практике производители, применяющие COB, не заявляют больше 160 градусов.
С другой стороны, технология SMD достигла также больших углов просмотра. - Возможность изгиба. Изогнутая форма печатной платы не повреждает светодиодные чипы COB, в то время как при использовании SMD технологии и изгибе печатной платы имеются существенные ограничения по углу изгиба.
- Лучшие тепловые характеристики, меньшая потребляемая мощность при тех же показателях яркости, повышенная контрастность и минимальное время отклика.
- Увеличена защита самих светодиодов за счет заливки корпуса специальным составом, что влияет на срок службы светодиодов. Однако с другой стороны, нет возможности ремонтопригодности в ближайшем обозримом будущем.
Micro-LED & COB
Если дословно – то микро светодиод. Выражение, которое применяется там, где размеры светодиодов меньше миллиметра. Говоря про светодиодную сферу – это технология Chip-on-Board. Получается, что это классный маркетинговый ход – классно ведь звучит, микро светодиод.
Теперь факты – кто и что называет микро-светодиодами. Технологию IMD 4in1 и COB – разные компании-производители называют Micro-LED.
Например, из тех компаний, которые мне известны, Leyard Planar на выставке ISE 2020 представил прекрасный экран с шагом 0,6мм по технологии SMD 4in1. Эту технологию они называют microLED.
Компания Sony уже c 2012 года представляет экраны на основе COB технологии, которую называют CLEDIS — Crystal LED Integrated Structure или коротко Crystal LED. Самый большой экран с шагом 1,25мм и размерами 19,2х5,4метра и разрешением 16К (15360х4320) остается лидером на сегодняшний день. Sony называет технологию Crystal LED — microLED.
Samsung уже несколько лет подряд представляет топовый экран The Wall с шагом 0,84мм, построенный на базе COB технологии (flip-chip RGB LED), также называется microLED.
Компания Unilumin на той же выставке представила кусок экрана с шагом 0,5мм по технологии IMD4in1. Правда, их называют не микро-ледами, вместо этого появляется приставка «нано».
Компания Konka выпустила светодиодное полотно по технологии microLED с максимальной диагональю 236”.
В отличие от вышеперечисленных компаний, китайский производитель Absen в прошлом году, на выставке InfoComm China 2019, применяя технологию 4in1, назвал ее mini-LED (вернемся к этой технологии позже). Шаг пикселя составлял 0,9мм. Стратегически классное решение, субъективно, – потому что это разделяет технологию 4in1 и COB. Но это лишь не прижившийся маркетинг. Представители компании открыто заявляли, что это рекламный ход.
Micro-LED & OLED
Эмиссия или «самоизлучение» — единственное, что объединяет эти технологии. Похожи! Однако полностью различны в технологии производства.
Micro LED – технология создания светодиодных полотен, а значит, построения видеостен без ограничения диагонали и возможностью собирать нестандартные формы экрана. Лидером всегда была компания Sony со своим экраном с размерами 63х17 футов, что в пересчете получается 783”. За ним идет Samsung с представленным на сегодня 292”, а также заявленным 583” экраном. В то время, как OLED технология на сегодняшний день имеет максимальную диагональ 88”.С другой стороны, технология micro LED не достигла тех возможностей, которые может показать OLED. Например, подойдя достаточно близко к видеостене человек может различить отдельные пиксели, из-за недостаточно близкого/маленького расстояния между отдельными светодиодами. Отчего экран не будет выглядеть таким же равномерным, как это достигается с технологией OLED.
Стоит отметить, что Samsung для захвата рынка ТВ сосредоточила силы на разработке 75” экрана на основе micro LED, правда нет никакой информации о технических составляющих. О продаже речи также нет.
Другими словами, пиксели OLED и micro LED имеют разный размер для разных диагоналей экранов. Возможно, в будущем технология micro LED позволит компоновать пиксели ближе друг к другу, создавая конкуренцию OLED. На сегодняшний день, 75” OLED экран будет иметь разрешение гораздо выше, чем экран той же диагонали по технологии micro LED.
Вероятно, забегая сильно вперед, можно предположить, что, когда Samsung начнет применять «Micro Quantum Dot LED» — технологию с квантовыми точками вместо обычных светодиодов, технологии создания видеостен произведут переворот по части плотности размещения пикселей.
Mini-LED & QLED
На самом деле, существует технология mini LED. И это не IMD 4in1, это уменьшенные светодиоды для обеспечения подсветки LCD панелей.
Присутствует утверждение, что это некая переходная технология между LCD и Micro LED – однако мне сложно судить, ведь технологии создания совершенно различные.
Для того чтобы ответить на вопрос «зачем» – необходимо понимать разницу, что технология OLED и QLED имеют различие в части того, что OLED расшифровывается как органический светоизлучающий диод, который не требует светодиодной подсветки, как это реализовано в технологии LCD и QLED панелей. QLED, хоть и применяет квантовый светодиод или по-другому наночастицы, называемые квантовыми точками, – требует подсветки.
Компания TCL в конце 2019 года начала продажу первых телевизоров QLED с мини-светодиодной подсветкой. Это значит, что для LED подсветки используются крошечные светодиоды, которых можно разместить не сотни, а десятки тысяч. Получаем контроль над большим количеством точек. Соответственно, для достижения черного цвета часть светодиодов отключается, и глубокий черный цвет реализуется посредством простой технологии, стоимость которой, при постоянном развитии технологии, должна быть гораздо ниже, чем OLED панели.
Результат
Подводя итоги, получаем, что светодиодные экраны, в которых используют, так называемую технологию micro LED — не является или не всегда является таковой. Технология micro LED применима именно к размеру светодиода, а не к шагу пикселя (pixel pitch). То есть другими словами – технология изготовления светодиодного экрана с шагом пикселя 0,9мм, но с используемым светодиодом физического размера меньше 50μm – будет называться micro LED.Производители крайне редко указывают размеры самого светодиода — потому достаточно сложно определить, относятся ли используемые светодиоды к технологии microLED или нет.