希達電子：倒裝LED COB是超高密度小間距顯示的未來(lái)

　　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(dòng)計劃(2019-2022年)》，可見(jiàn)市場(chǎng)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(lái)千載難逢的發(fā)展機遇，預計將新增近千億的市場(chǎng)空間。

　　一、COB小間距LED顯示技術(shù)發(fā)展綜述

　　長(cháng)春希達電子技術(shù)有限公司首創(chuàng )開(kāi)發(fā)的COB(集成三合一)小間距LED顯示產(chǎn)品，從2005年開(kāi)始進(jìn)行前沿創(chuàng )新探索，2007年完成首臺樣機。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?；瘧?伴隨COB技術(shù)的不斷完善以及市場(chǎng)對COB技術(shù)的逐漸認可，2017年希達電子作為牽頭單位，承擔國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“戰略性先進(jìn)電子材料”重點(diǎn)專(zhuān)項(指南6.5)超高密度小間距LED顯示關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)與應用示范，項目結題時(shí)，將實(shí)現0.5-0.8mm點(diǎn)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(chǎng)增長(cháng)點(diǎn)，伴隨COB技術(shù)的持續升溫，該技術(shù)對行業(yè)市場(chǎng)格局的影響也已經(jīng)成為業(yè)內關(guān)注的焦點(diǎn)，對小間距LED顯示屏來(lái)說(shuō)，COB是超高密度小間距的未來(lái)，同時(shí)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)內對此已經(jīng)達成共識。

　　圖1 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(shí)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)、設備和資金的要求非常高，絕大多數中小企業(yè)沒(méi)有足夠的實(shí)力去進(jìn)行相關(guān)的研發(fā)與生產(chǎn)。而擁有先進(jìn)設備和充足資金的大型企業(yè)，又因無(wú)法繞過(guò)相關(guān)的專(zhuān)利問(wèn)題，對COB技術(shù)的態(tài)度謹小慎微。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(guò)現有專(zhuān)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，都不可能僅靠少數幾家廠(chǎng)商就可以做到，而必須由行業(yè)中大多數的企業(yè)共同完成，形成一定的產(chǎn)業(yè)規模和產(chǎn)業(yè)鏈。隨著(zhù)COB技術(shù)的逐漸升溫，開(kāi)始進(jìn)行COB研究的企業(yè)越來(lái)越多，從目前的發(fā)展趨勢看， COB技術(shù)在未來(lái)兩三年就能形成一定的市場(chǎng)規模。

　　二、SMD小間距LED顯示技術(shù)瓶頸

　　小間距LED顯示屏從封裝實(shí)現方式上可以分為SMD技術(shù)路線(xiàn)和COB技術(shù)路線(xiàn)。SMD技術(shù)路線(xiàn)，即已經(jīng)普及化應用的表貼LED技術(shù)。這一技術(shù)的最大優(yōu)勢是繼承了傳統間距LED顯示屏的全部工程工藝特點(diǎn)，中上游市場(chǎng)高度成熟，但隨著(zhù)用戶(hù)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(wú)法實(shí)現更小間距的產(chǎn)品，因此無(wú)法滿(mǎn)足超高清顯示應用。目前業(yè)內公認比較成熟的SMD發(fā)光管尺寸是1010封裝，單燈1010封裝SMD技術(shù)只能實(shí)現1.2mm點(diǎn)間距以上產(chǎn)品，2019年荷蘭ISE展上，90%的傳統SMD廠(chǎng)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(diǎn)間距無(wú)法實(shí)現穩定、可靠的批量化供貨產(chǎn)品。

　　2、SMD小間距顯示產(chǎn)品被用戶(hù)廣泛詬病的是使用過(guò)程中遇到的大量可靠性和穩定性問(wèn)題。SMD封裝氣密性、防護性差，導致死燈、毛毛蟲(chóng)等可靠性問(wèn)題偏多;燈珠焊盤(pán)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(pán)裸露，干燥環(huán)境下人體觸碰屏幕，靜電的影響極易導致燈珠擊穿。

　　圖2 單燈SMD產(chǎn)品示意圖

　　目前市場(chǎng)出現N合1SMD(4合1、6合1)產(chǎn)品，是SMD技術(shù)路線(xiàn)的一個(gè)延伸，也是傳統SMD生產(chǎn)廠(chǎng)的一個(gè)過(guò)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，燈珠邊緣與內部焊點(diǎn)間距離約0.1mm，燈珠邊緣氣密性、焊腳裸露等核心問(wèn)題沒(méi)有得到根本解決，產(chǎn)品可靠性問(wèn)題將在交付使用過(guò)程中再次暴露出來(lái)，沒(méi)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格，基本無(wú)法實(shí)現0.9mm以下批量供貨。同時(shí)，N合1的產(chǎn)品在顯示效果上顆粒感更強，在側視角離散性麻點(diǎn)嚴重。更重要的是，目前N合1SMD產(chǎn)品規格單一，只能實(shí)現固定少數幾個(gè)點(diǎn)間距，工程顯示產(chǎn)品無(wú)法通過(guò)不同的點(diǎn)間距設計不同的箱體，實(shí)現產(chǎn)品差異性，滿(mǎn)足客戶(hù)個(gè)性化需求。

　　圖3 4合1SMD產(chǎn)品示意圖

　　圖4 4合1SMD模組實(shí)拍圖

　　GOB SMD產(chǎn)品通過(guò)特殊材料及工藝對常規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(wèn)題。目前GOB SMD大多使用1010封裝的SMD燈珠，能夠實(shí)現1.5mm點(diǎn)間距以上產(chǎn)品，此種技術(shù)帶來(lái)的燈珠難以維修、模組變形、模塊墨色等問(wèn)題無(wú)法根本解決。

　　圖5 GOB SMD顯示屏黑屏實(shí)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(xiàn)，無(wú)法突破SMD小間距發(fā)展的瓶頸，只是過(guò)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(xiàn)是以COB集成封裝的方式，取代了傳統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(guò)特定方式實(shí)現固定和導電鍵合的集成封裝自發(fā)光顯示產(chǎn)品(圖6)。

　　圖6 SMD與COB技術(shù)路線(xiàn)的對比

　　COB技術(shù)路線(xiàn)不受SMD發(fā)光管封裝物理尺寸、支架、引線(xiàn)限制，可以突破SMD間距極限，實(shí)現更高像素密度，具備更靈活的點(diǎn)間距設計，從0.5mm至3.3mm區間，可以實(shí)現每0,1mm即有一款COB小間距產(chǎn)品。(圖7)，

　　圖7 不同產(chǎn)品形式的可以實(shí)現點(diǎn)間距

　　在可靠性方面，COB技術(shù)省去SMD發(fā)光管封裝過(guò)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(guò)程的可靠性。COB產(chǎn)品面板整體灌封，具有抗潮、防撞，防護等級達到IP54，沒(méi)有引腳裸露，防靜電擊穿，提高使用過(guò)程可靠性，經(jīng)數據統計，其平均失效率比SMD降低1個(gè)數量級，有效改善了SMD LED顯示屏可靠性與穩定性的問(wèn)題。

　　圖8 COB與SMD封裝形式對比

　　圖9 COB-LED顯示屏表面IP54

　　COB技術(shù)實(shí)現“點(diǎn)” 光源到“面” 光源的轉換，無(wú)像素顆粒感;對像素中心亮度能夠做到有效控制，降低光強輻射，抑制莫爾紋、眩光及刺目對視網(wǎng)膜的傷害，適合近距離、長(cháng)時(shí)間觀(guān)看，不易產(chǎn)生視覺(jué)疲勞，是近屏場(chǎng)景，例如會(huì )議、監控、指控中心等最佳解決方案。

　　圖10 COB面光源技術(shù)對視覺(jué)顯示柔化舒緩

　　另外，COB在技術(shù)上涉及兩個(gè)非常重要的問(wèn)題：一是逐點(diǎn)校正技術(shù)，另一個(gè)就是單點(diǎn)維修。希達電子是國內首家研制成功亮色度逐點(diǎn)一致化校正技術(shù)、現場(chǎng)校正技術(shù)的LED顯示屏廠(chǎng)家，也是在行業(yè)內率先研制成功“LED集成三合一(COB)”產(chǎn)品的企業(yè)，在COB顯示屏發(fā)展方面，遠遠走在了其他同行之前。同時(shí)，希達電子在專(zhuān)利方面的布局比較完整，在競爭中處于領(lǐng)先地位。與傳統表貼或直插LED顯示屏相比，業(yè)界絕大多數人認為COB顯示屏在維護方面要比前二者更復雜，更難以維護，這其實(shí)是一種誤解，由于COB產(chǎn)品的防護性能相當出色，售后維護其實(shí)沒(méi)有什么成本，只是客戶(hù)、集成商只能維修到PCB板部分，因此感覺(jué)維修工藝復雜，其實(shí)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(gè)燈，維修后容易留下十分明顯的痕跡(圖11 )，而COB產(chǎn)品利用希達獨有的專(zhuān)利單點(diǎn)維修技術(shù)，則不存在這樣的問(wèn)題。

　　圖11 2019年荷蘭ISE展某國內廠(chǎng)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(xiàn)，經(jīng)過(guò)近幾年的技術(shù)發(fā)展和市場(chǎng)孕育，能夠實(shí)現點(diǎn)間距1.0mm以上規?；a(chǎn)，得到客戶(hù)的廣泛認可。希達電子瞄準世界前沿顯示技術(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(lái)。倒裝LED COB產(chǎn)品，可以實(shí)現LED倒裝無(wú)引線(xiàn)芯片級封裝，主要有以下三大優(yōu)勢：

　　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(gè)數量級，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(gè)數量級。

　　(1)正裝每個(gè)像素單元紅芯片1根金屬線(xiàn)2焊點(diǎn)、綠芯片2根金屬線(xiàn)4焊點(diǎn)、藍芯片2根金屬線(xiàn)4焊點(diǎn)，共計5根金屬線(xiàn)，10個(gè)焊接點(diǎn)，倒裝每個(gè)像素單元實(shí)際只需要6個(gè)金屬鍵合點(diǎn)，不但省掉焊線(xiàn)環(huán)節，簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程，又有效的解決了由于焊線(xiàn)虛焊，斷線(xiàn)不良問(wèn)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(shí)LED芯片熱量直接通過(guò)焊點(diǎn)直接傳導到基板，降低結溫，提高器件壽命及色彩穩定性[5]。

　　圖12 不同形式LED發(fā)光芯片示意圖

　　圖13 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(wú)需打線(xiàn)，從物理空間尺寸來(lái)看，COB封裝只有發(fā)光芯片尺寸限制，突破正裝芯片的點(diǎn)間距極限，可以實(shí)現更高密度的解決方案。

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

　　圖14 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(méi)有打線(xiàn)，封裝層厚度進(jìn)一步降低(圖13)，可弱化模塊間的彩線(xiàn)及亮暗線(xiàn)問(wèn)題，近距離觀(guān)看效果更佳。

　　(2)更好的亮場(chǎng)、黑場(chǎng)視覺(jué)一致性，倒裝芯片封裝后，表面無(wú)遮擋，有良好的可視角度和側視顯示均勻性，配合平面化光學(xué)設計優(yōu)化，能實(shí)現最大廣角與最佳顯示效果，大視角下不偏色，可達到近180度完美的觀(guān)看效果。

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

　　五、顛覆傳統，未來(lái)已來(lái)

　　創(chuàng )新是戰略制高點(diǎn)、變革是競爭力源泉，在2019年荷蘭ISE展會(huì )上，希達電子攜0.7mm倒裝產(chǎn)品精彩亮相，標志著(zhù)LED顯示進(jìn)入超微間距時(shí)代。0.7mm到3.3mm點(diǎn)間距全系列倒裝COB產(chǎn)品實(shí)現量產(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)現在不僅是小間距LED顯示行業(yè)的技術(shù)挑戰、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)跨越不連續性的挑戰。希達電子作為COB技術(shù)的開(kāi)創(chuàng )者和領(lǐng)航者，正在擘畫(huà)LED顯示領(lǐng)域的全新藍圖，推動(dòng)著(zhù)中國LED顯示產(chǎn)業(yè)不斷向前發(fā)展。

　　作者簡(jiǎn)介

　　汪洋，博士，副研究員，碩士生導師，長(cháng)春希達電子技術(shù)有限公司副總經(jīng)理。長(cháng)春市第六批有突出貢獻專(zhuān)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。授權專(zhuān)利20余項，其中發(fā)明專(zhuān)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。負責及參與國家、省部級科研項目10余項，目前是國家重點(diǎn)研發(fā)計劃戰略性先進(jìn)電子材料專(zhuān)項“高效高可靠LED燈具關(guān)鍵技術(shù)研究”項目課題負責人。