COB小間距LED顯示技術(shù)會是未來的發(fā)展趨勢

工業(yè)和信息化部、國家廣播電視總局、中央廣播電視總臺日前聯(lián)合印發(fā)《超高清視頻產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃(2019-2022年)》，可見市場對高清、超高清超大面積顯示產(chǎn)品的需求日益迫切，為新一代超高密度小間距LED顯示技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來千載難逢的發(fā)展機(jī)遇，預(yù)計將新增近千億的市場空間。

一、COB小間距LED顯示技術(shù)發(fā)展綜述

長春希達(dá)電子技術(shù)有限公司首創(chuàng)開發(fā)的COB(集成三合一)小間距LED顯示產(chǎn)品，從2005年開始進(jìn)行前沿創(chuàng)新探索，2007年完成首臺樣機(jī)。中央電視臺2007年11月16日新聞聯(lián)播報道《世界首臺LED“集成三合一”顯示屏在我國誕生》(圖1);2008年《2008科學(xué)發(fā)展報告》介紹了高清晰LED全彩色集成三合一顯示屏，使中國第一次站在世界LED顯示領(lǐng)域的最前沿;2014年進(jìn)入規(guī)?；瘧?yīng)用;伴隨COB技術(shù)的不斷完善以及市場對COB技術(shù)的逐漸認(rèn)可，2017年希達(dá)電子作為牽頭單位，承擔(dān)國家重點研發(fā)計劃“戰(zhàn)略性先進(jìn)電子材料”重點專項(指南6.5)超高密度小間距LED顯示關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用示范，項目結(jié)題時，將實現(xiàn)0.5-0.8mm點間距COB LED顯示的技術(shù)突破，為國家重大項目需求提供產(chǎn)品支撐，這是科技部新興顯示領(lǐng)域唯一的小間距LED顯示項目;2019年小間距已經(jīng)成為顯示屏行業(yè)新的市場增長點，伴隨COB技術(shù)的持續(xù)升溫，該技術(shù)對行業(yè)市場格局的影響也已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點，對小間距LED顯示屏來說，COB是超高密度小間距的未來，同時也是超高密度小間距顯示屏發(fā)展的必然趨勢，LED顯示業(yè)內(nèi)對此已經(jīng)達(dá)成共識。

▲中央電視臺2007年11月16日新聞聯(lián)播報道

COB封裝引入顯示屏行業(yè)已有幾年時間，但擁有COB技術(shù)的顯示屏企業(yè)卻非常的少。主要原因是COB封裝對技術(shù)、設(shè)備和資金的要求非常高，絕大多數(shù)中小企業(yè)沒有足夠的實力去進(jìn)行相關(guān)的研發(fā)與生產(chǎn)。而擁有先進(jìn)設(shè)備和充足資金的大型企業(yè)，又因無法繞過相關(guān)的專利問題，對COB技術(shù)的態(tài)度謹(jǐn)小慎微。新進(jìn)加入COB技術(shù)的企業(yè)雖有后發(fā)優(yōu)勢，可以走捷徑，但想要越過現(xiàn)有專利走一條新路子還是比較困難。

任何一項新技術(shù)的推廣與普及，都不可能僅靠少數(shù)幾家廠商就可以做到，而必須由行業(yè)中大多數(shù)的企業(yè)共同完成，形成一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模和產(chǎn)業(yè)鏈。隨著COB技術(shù)的逐漸升溫，開始進(jìn)行COB研究的企業(yè)越來越多，從目前的發(fā)展趨勢看， COB技術(shù)在未來兩三年就能形成一定的市場規(guī)模。

二、SMD小間距LED顯示技術(shù)瓶頸

小間距LED顯示屏從封裝實現(xiàn)方式上可以分為SMD技術(shù)路線和COB技術(shù)路線。SMD技術(shù)路線，即已經(jīng)普及化應(yīng)用的表貼LED技術(shù)。這一技術(shù)的最大優(yōu)勢是繼承了傳統(tǒng)間距LED顯示屏的全部工程工藝特點，中上游市場高度成熟，但隨著用戶對超高清、高可靠性顯示產(chǎn)品的需求逐步提高，SMD技術(shù)在小間距顯示領(lǐng)域的發(fā)展已經(jīng)遇到瓶頸，主要原因如下：

1、間距尺寸的局限，使其無法實現(xiàn)更小間距的產(chǎn)品，因此無法滿足超高清顯示應(yīng)用。目前業(yè)內(nèi)公認(rèn)比較成熟的SMD發(fā)光管尺寸是1010封裝，單燈1010封裝SMD技術(shù)只能實現(xiàn)1.2mm點間距以上產(chǎn)品，2019年荷蘭ISE展上，90%的傳統(tǒng)SMD廠商不再推廣1.2mm以下單燈SMD產(chǎn)品，從展品趨勢分析，單燈SMD技術(shù)在1.2mm以下點間距無法實現(xiàn)穩(wěn)定、可靠的批量化供貨產(chǎn)品。

2、SMD小間距顯示產(chǎn)品被用戶廣泛詬病的是使用過程中遇到的大量可靠性和穩(wěn)定性問題。SMD封裝氣密性、防護(hù)性差，導(dǎo)致死燈、毛毛蟲等可靠性問題偏多;燈珠焊盤焊接面積小，搬運、安裝、使用中的磕碰極易損壞燈珠;燈珠焊盤裸露，干燥環(huán)境下人體觸碰屏幕，靜電的影響極易導(dǎo)致燈珠擊穿。

▲單燈SMD產(chǎn)品示意圖

目前市場出現(xiàn)N合1SMD(4合1、6合1)產(chǎn)品，是SMD技術(shù)路線的一個延伸，也是傳統(tǒng)SMD生產(chǎn)廠的一個過渡產(chǎn)品，這種產(chǎn)品仍是采用SMT技術(shù)進(jìn)行貼裝，使用0.9375mm4合1燈珠，燈珠邊緣與內(nèi)部焊點間距離約0.1mm，燈珠邊緣氣密性、焊腳裸露等核心問題沒有得到根本解決，產(chǎn)品可靠性問題將在交付使用過程中再次暴露出來，沒有得到有效改善。通常條件下，燈珠之間需要保留0.25mm間隙，加上分立器件尺寸規(guī)格，基本無法實現(xiàn)0.9mm以下批量供貨。同時，N合1的產(chǎn)品在顯示效果上顆粒感更強(qiáng)，在側(cè)視角離散性麻點嚴(yán)重。更重要的是，目前N合1SMD產(chǎn)品規(guī)格單一，只能實現(xiàn)固定少數(shù)幾個點間距，工程顯示產(chǎn)品無法通過不同的點間距設(shè)計不同的箱體，實現(xiàn)產(chǎn)品差異性，滿足客戶個性化需求。

▲4合1SMD產(chǎn)品示意圖

▲ 4合1SMD模組實拍圖

GOB SMD產(chǎn)品通過特殊材料及工藝對常規(guī)SMD小間距LED顯示模組進(jìn)行表面灌膠處理，一定程度上解決了產(chǎn)品耐候性、防磕碰等問題。目前GOB SMD大多使用1010封裝的SMD燈珠，能夠?qū)崿F(xiàn)1.5mm點間距以上產(chǎn)品，此種技術(shù)帶來的燈珠難以維修、模組變形、模塊墨色等問題無法根本解決。

▲ GOB SMD顯示屏黑屏實拍圖

N合1SMD(4合1、6合1)和GOB SMD這兩種產(chǎn)品是對目前單燈SMD的一種提升，但仍為SMD技術(shù)路線，無法突破SMD小間距發(fā)展的瓶頸，只是過渡產(chǎn)品。

三、COB小間距顯示產(chǎn)品技術(shù)優(yōu)勢

COB技術(shù)路線是以COB集成封裝的方式，取代了傳統(tǒng)表貼工藝和燈珠封裝。COB集成封裝技術(shù)是將LED發(fā)光芯片與基板通過特定方式實現(xiàn)固定和導(dǎo)電鍵合的集成封裝自發(fā)光顯示產(chǎn)品。

▲SMD與COB技術(shù)路線的對比

COB技術(shù)路線不受SMD發(fā)光管封裝物理尺寸、支架、引線限制，可以突破SMD間距極限，實現(xiàn)更高像素密度，具備更靈活的點間距設(shè)計，從0.5mm至3.3mm區(qū)間，可以實現(xiàn)每0,1mm即有一款COB小間距產(chǎn)品。

▲不同產(chǎn)品形式的可以實現(xiàn)點間距

在可靠性方面，COB技術(shù)省去SMD發(fā)光管封裝過程、分光分色、編帶、貼片等工藝流程，縮短工藝路徑，提高產(chǎn)品生產(chǎn)過程的可靠性。COB產(chǎn)品面板整體灌封，具有抗潮、防撞，防護(hù)等級達(dá)到IP54，沒有引腳裸露，防靜電擊穿，提高使用過程可靠性，經(jīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，其平均失效率比SMD降低1個數(shù)量級，有效改善了SMD LED顯示屏可靠性與穩(wěn)定性的問題。

▲COB與SMD封裝形式對比

▲ COB-LED顯示屏表面IP54

COB技術(shù)實現(xiàn)“點” 光源到“面” 光源的轉(zhuǎn)換，無像素顆粒感;對像素中心亮度能夠做到有效控制，降低光強(qiáng)輻射，抑制莫爾紋、眩光及刺目對視網(wǎng)膜的傷害，適合近距離、長時間觀看，不易產(chǎn)生視覺疲勞，是近屏場景，例如會議、監(jiān)控、指控中心等最佳解決方案。

▲COB面光源技術(shù)對視覺顯示柔化舒緩

另外，COB在技術(shù)上涉及兩個非常重要的問題：一是逐點校正技術(shù)，另一個就是單點維修。希達(dá)電子是國內(nèi)首家研制成功亮色度逐點一致化校正技術(shù)、現(xiàn)場校正技術(shù)的LED顯示屏廠家，也是在行業(yè)內(nèi)率先研制成功“LED集成三合一(COB)”產(chǎn)品的企業(yè)，在COB顯示屏發(fā)展方面，遠(yuǎn)遠(yuǎn)走在了其他同行之前。同時，希達(dá)電子在專利方面的布局比較完整，在競爭中處于領(lǐng)先地位。與傳統(tǒng)表貼或直插LED顯示屏相比，業(yè)界絕大多數(shù)人認(rèn)為COB顯示屏在維護(hù)方面要比前二者更復(fù)雜，更難以維護(hù)，這其實是一種誤解，由于COB產(chǎn)品的防護(hù)性能相當(dāng)出色，售后維護(hù)其實沒有什么成本，只是客戶、集成商只能維修到PCB板部分，因此感覺維修工藝復(fù)雜，其實COB技術(shù)的可維修程度要比表貼更為優(yōu)秀。表貼產(chǎn)品壞了一個燈，維修后容易留下十分明顯的痕跡，而COB產(chǎn)品利用希達(dá)獨有的專利單點維修技術(shù)，則不存在這樣的問題。

▲ 2019年荷蘭ISE展某國內(nèi)廠商4合1制式顯示產(chǎn)品

四、倒裝LED COB小間距顯示產(chǎn)品技術(shù)優(yōu)勢

目前采用正裝LED發(fā)光芯片的COB技術(shù)路線，經(jīng)過近幾年的技術(shù)發(fā)展和市場孕育，能夠?qū)崿F(xiàn)點間距1.0mm以上規(guī)?；a(chǎn)，得到客戶的廣泛認(rèn)可。希達(dá)電子瞄準(zhǔn)世界前沿顯示技術(shù)、國家超高清視頻產(chǎn)業(yè)發(fā)展、高端商業(yè)顯示及家庭應(yīng)用等需求，積極研發(fā)采用倒裝LED發(fā)光芯片的新一代COB小間距顯示產(chǎn)品，在<1.0mm超高密度超高清顯示、超高可靠性、近屏體驗等方面近乎完美，引領(lǐng)超高密度小間距顯示的未來。倒裝LED COB產(chǎn)品，可以實現(xiàn)LED倒裝無引線芯片級封裝，主要有以下三大優(yōu)勢：

1、超高可靠性

可靠性方面COB封裝LED顯示產(chǎn)品比SMD顯示產(chǎn)品高一個數(shù)量級，采用倒裝技術(shù)及工藝的COB顯示產(chǎn)品，又較前一代COB顯示屏高出一個數(shù)量級。

(1) 正裝每個像素單元紅芯片1根金屬線2焊點、綠芯片2根金屬線4焊點、藍(lán)芯片2根金屬線4焊點，共計5根金屬線，10個焊接點，倒裝每個像素單元實際只需要6個金屬鍵合點，不但省掉焊線環(huán)節(jié)，簡化生產(chǎn)流程，又有效的解決了由于焊線虛焊，斷線不良問題，可靠性進(jìn)一步提升。

(2) 電極與接板接觸面積大，不但提高焊接牢固性，同時LED芯片熱量直接通過焊點直接傳導(dǎo)到基板，降低結(jié)溫，提高器件壽命及色彩穩(wěn)定性[5]。

圖12 不同形式LED發(fā)光芯片示意圖

▲正裝LED COB與倒裝LED COB封裝形式對比

2、超高密度超高清顯示。

(1) COB封裝是真正的芯片級封裝，無需打線，從物理空間尺寸來看，COB封裝只有發(fā)光芯片尺寸限制，突破正裝芯片的點間距極限，可以實現(xiàn)更高密度的解決方案。

(2) 正裝結(jié)構(gòu)的LED芯片,需要在p-GaN上鍍一層透明導(dǎo)電層使電流分布更均勻,而這一透明導(dǎo)電層會對LED發(fā)出的光產(chǎn)生部分吸收,且電極會遮擋住部分光,這就限制了LED芯片的出光效率。采用倒裝結(jié)構(gòu)的LED芯片,可以避開p-GaN上透明導(dǎo)電層吸光和電極焊盤遮光的問題,以此提高芯片亮度，亮度最高可達(dá)1000cd/m2 , 芯片面積在PCB板上占比更小，除發(fā)光芯片以外區(qū)域全部變成黑色，黑屏?xí)r更黑，可提高顯示屏的對比度。對比度最高可達(dá)10000：1以上，為HDR使用提供基本條件?？沙尸F(xiàn)更高的亮度和更高的對比度，

▲正裝LED COB與倒裝LED COB對比

3、近屏體驗更佳

( 1 ) 由倒裝產(chǎn)品因為沒有打線，封裝層厚度進(jìn)一步降低(圖13)，可弱化模塊間的彩線及亮暗線問題，近距離觀看效果更佳。

( 2 ) 更好的亮場、黑場視覺一致性，倒裝芯片封裝后，表面無遮擋，有良好的可視角度和側(cè)視顯示均勻性，配合平面化光學(xué)設(shè)計優(yōu)化，能實現(xiàn)最大廣角與最佳顯示效果，大視角下不偏色，可達(dá)到近180度完美的觀看效果。

( 3 ) 同等亮度，功耗降低20%，顯示屏節(jié)能優(yōu)勢明顯，同時屏體表面溫度大幅降低，降低對近屏人員影響。

五、顛覆傳統(tǒng)，未來已來

創(chuàng)新是戰(zhàn)略制高點、變革是競爭力源泉，在2019年荷蘭ISE展會上，希達(dá)電子攜0.7mm倒裝產(chǎn)品精彩亮相，標(biāo)志著LED顯示進(jìn)入超微間距時代。0.7mm到3.3mm點間距全系列倒裝COB產(chǎn)品實現(xiàn)量產(chǎn)，倒裝LED COB超高密度小間距顯示產(chǎn)品登上歷史舞臺。倒裝COB技術(shù)現(xiàn)在不僅是小間距LED顯示行業(yè)的技術(shù)挑戰(zhàn)、創(chuàng)新方向，更是改變小間距LED顯示行業(yè)格局的“分水嶺”!COB封裝小間距LED屏需要高技術(shù)支撐和重資產(chǎn)投入，這是對企業(yè)跨越不連續(xù)性的挑戰(zhàn)。希達(dá)電子作為COB技術(shù)的開創(chuàng)者和領(lǐng)航者，正在擘畫LED顯示領(lǐng)域的全新藍(lán)圖，推動著中國LED顯示產(chǎn)業(yè)不斷向前發(fā)展。

作者簡介

汪洋，博士，副研究員，碩士生導(dǎo)師，長春希達(dá)電子技術(shù)有限公司副總經(jīng)理。長春市第六批有突出貢獻(xiàn)專家。主要從事COB小間距LED顯示與大功率LED照明產(chǎn)品研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化工作。授權(quán)專利20余項，其中發(fā)明專利7項，發(fā)表論文4篇。獲得吉林省科技進(jìn)步一等獎1項，中照照明科技創(chuàng)新獎一等獎1項，第22界廣州光亞展阿拉丁獎十大產(chǎn)品獎。負(fù)責(zé)及參與國家、省部級科研項目10余項，目前是國家重點研發(fā)計劃戰(zhàn)略性先進(jìn)電子材料專項“高效高可靠LED燈具關(guān)鍵技術(shù)研究”項目課題負(fù)責(zé)人。