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    芬里尔之冬: 希达电子:倒装LED COB是超高密度小间距显示的未来

    里尔克的豹 www.mepz.net 来源:数字音视工程网        编辑:lsy631994092    2019-05-13 17:32:02     加入收藏

    2019年小间距已经成为显示屏行业新的市场增长点,伴随COB技术的持续升温,该先进封装技术的首创企业长春希达电子认为,COB是超高密度小间距的未来,也是小间距LED显示屏发展的必然趋势...

      工业和信息化部、国家广播电视总局、中央广播电视总台日前联合印发《超高清视频产业发展行动计划(2019-2022年)》,可见市场对高清、超高清超大面积显示产品的需求日益迫切,为新一代超高密度小间距LED显示技术创新和产业发展带来千载难逢的发展机遇,预计将新增近千亿的市场空间。

      一、COB小间距LED显示技术发展综述

      长春希达电子技术有限公司首创开发的COB(集成三合一)小间距LED显示产品,从2005年开始进行前沿创新探索,2007年完成首台样机。中央电视台2007年11月16日新闻联播报道《世界首台LED“集成三合一”显示屏在我国诞生》(图1);2008年《2008科学发展报告》介绍了高清晰LED全彩色集成三合一显示屏,使中国第一次站在世界LED显示领域的最前沿;2014年进入规?;τ?伴随COB技术的不断完善以及市场对COB技术的逐渐认可,2017年希达电子作为牵头单位,承担国家重点研发计划“战略性先进电子材料”重点专项(指南6.5)超高密度小间距LED显示关键技术开发与应用示范,项目结题时,将实现0.5-0.8mm点间距COB LED显示的技术突破,为国家重大项目需求提供产品支撑,这是科技部新兴显示领域唯一的小间距LED显示项目;2019年小间距已经成为显示屏行业新的市场增长点,伴随COB技术的持续升温,该技术对行业市场格局的影响也已经成为业内关注的焦点,对小间距LED显示屏来说,COB是超高密度小间距的未来,同时也是超高密度小间距显示屏发展的必然趋势,LED显示业内对此已经达成共识。

      图1 中央电视台2007年11月16日新闻联播报道

      COB封装引入显示屏行业已有几年时间,但拥有COB技术的显示屏企业却非常的少。主要原因是COB封装对技术、设备和资金的要求非常高,绝大多数中小企业没有足够的实力去进行相关的研发与生产。而拥有先进设备和充足资金的大型企业,又因无法绕过相关的专利问题,对COB技术的态度谨小慎微。新进加入COB技术的企业虽有后发优势,可以走捷径,但想要越过现有专利走一条新路子还是比较困难。

      任何一项新技术的推广与普及,都不可能仅靠少数几家厂商就可以做到,而必须由行业中大多数的企业共同完成,形成一定的产业规模和产业链。随着COB技术的逐渐升温,开始进行COB研究的企业越来越多,从目前的发展趋势看, COB技术在未来两三年就能形成一定的市场规模。

      二、SMD小间距LED显示技术瓶颈

      小间距LED显示屏从封装实现方式上可以分为SMD技术路线和COB技术路线。SMD技术路线,即已经普及化应用的表贴LED技术。这一技术的最大优势是继承了传统间距LED显示屏的全部工程工艺特点,中上游市场高度成熟,但随着用户对超高清、高可靠性显示产品的需求逐步提高,SMD技术在小间距显示领域的发展已经遇到瓶颈,主要原因如下:

      1、间距尺寸的局限,使其无法实现更小间距的产品,因此无法满足超高清显示应用。目前业内公认比较成熟的SMD发光管尺寸是1010封装,单灯1010封装SMD技术只能实现1.2mm点间距以上产品,2019年荷兰ISE展上,90%的传统SMD厂商不再推广1.2mm以下单灯SMD产品,从展品趋势分析,单灯SMD技术在1.2mm以下点间距无法实现稳定、可靠的批量化供货产品。

      2、SMD小间距显示产品被用户广泛诟病的是使用过程中遇到的大量可靠性和稳定性问题。SMD封装气密性、防护性差,导致死灯、毛毛虫等可靠性问题偏多;灯珠焊盘焊接面积小,搬运、安装、使用中的磕碰极易损坏灯珠;灯珠焊盘裸露,干燥环境下人体触碰屏幕,静电的影响极易导致灯珠击穿。

      图2 单灯SMD产品示意图

      目前市场出现N合1SMD(4合1、6合1)产品,是SMD技术路线的一个延伸,也是传统SMD生产厂的一个过渡产品,这种产品仍是采用SMT技术进行贴装,使用0.9375mm4合1灯珠,灯珠边缘与内部焊点间距离约0.1mm,灯珠边缘气密性、焊脚裸露等核心问题没有得到根本解决,产品可靠性问题将在交付使用过程中再次暴露出来,没有得到有效改善。通常条件下,灯珠之间需要保留0.25mm间隙,加上分立器件尺寸规格,基本无法实现0.9mm以下批量供货。同时,N合1的产品在显示效果上颗粒感更强,在侧视角离散性麻点严重。更重要的是,目前N合1SMD产品规格单一,只能实现固定少数几个点间距,工程显示产品无法通过不同的点间距设计不同的箱体,实现产品差异性,满足客户个性化需求。

      图3 4合1SMD产品示意图

      图4 4合1SMD模组实拍图

      GOB SMD产品通过特殊材料及工艺对常规SMD小间距LED显示模组进行表面灌胶处理,一定程度上解决了产品耐候性、防磕碰等问题。目前GOB SMD大多使用1010封装的SMD灯珠,能够实现1.5mm点间距以上产品,此种技术带来的灯珠难以维修、模组变形、??槟任侍馕薹ǜ窘饩?。

      图5 GOB SMD显示屏黑屏实拍图

      N合1SMD(4合1、6合1)和GOB SMD这两种产品是对目前单灯SMD的一种提升,但仍为SMD技术路线,无法突破SMD小间距发展的瓶颈,只是过渡产品。

      三、COB小间距显示产品技术优势

      COB技术路线是以COB集成封装的方式,取代了传统表贴工艺和灯珠封装。COB集成封装技术是将LED发光芯片与基板通过特定方式实现固定和导电键合的集成封装自发光显示产品(图6)。

      图6 SMD与COB技术路线的对比

      COB技术路线不受SMD发光管封装物理尺寸、支架、引线限制,可以突破SMD间距极限,实现更高像素密度,具备更灵活的点间距设计,从0.5mm至3.3mm区间,可以实现每0,1mm即有一款COB小间距产品。(图7),

      图7 不同产品形式的可以实现点间距

      在可靠性方面,COB技术省去SMD发光管封装过程、分光分色、编带、贴片等工艺流程,缩短工艺路径,提高产品生产过程的可靠性。COB产品面板整体灌封,具有抗潮、防撞,防护等级达到IP54,没有引脚裸露,防静电击穿,提高使用过程可靠性,经数据统计,其平均失效率比SMD降低1个数量级,有效改善了SMD LED显示屏可靠性与稳定性的问题。

      图8 COB与SMD封装形式对比

      图9 COB-LED显示屏表面IP54

      COB技术实现“点” 光源到“面” 光源的转换,无像素颗粒感;对像素中心亮度能够做到有效控制,降低光强辐射,抑制莫尔纹、眩光及刺目对视网膜的伤害,适合近距离、长时间观看,不易产生视觉疲劳,是近屏场景,例如会议、监控、指控中心等最佳解决方案。

      图10 COB面光源技术对视觉显示柔化舒缓

      另外,COB在技术上涉及两个非常重要的问题:一是逐点校正技术,另一个就是单点维修。希达电子是国内首家研制成功亮色度逐点一致化校正技术、现场校正技术的LED显示屏厂家,也是在行业内率先研制成功“LED集成三合一(COB)”产品的企业,在COB显示屏发展方面,远远走在了其他同行之前。同时,希达电子在专利方面的布局比较完整,在竞争中处于领先地位。与传统表贴或直插LED显示屏相比,业界绝大多数人认为COB显示屏在维护方面要比前二者更复杂,更难以维护,这其实是一种误解,由于COB产品的防护性能相当出色,售后维护其实没有什么成本,只是客户、集成商只能维修到PCB板部分,因此感觉维修工艺复杂,其实COB技术的可维修程度要比表贴更为优秀。表贴产品坏了一个灯,维修后容易留下十分明显的痕迹(图11 ),而COB产品利用希达独有的专利单点维修技术,则不存在这样的问题。

      图11 2019年荷兰ISE展某国内厂商4合1制式显示产品

      四、倒装LED COB小间距显示产品技术优势

      目前采用正装LED发光芯片的COB技术路线,经过近几年的技术发展和市场孕育,能够实现点间距1.0mm以上规?;?,得到客户的广泛认可。希达电子瞄准世界前沿显示技术、国家超高清视频产业发展、高端商业显示及家庭应用等需求,积极研发采用倒装LED发光芯片的新一代COB小间距显示产品,在<1.0mm超高密度超高清显示、超高可靠性、近屏体验等方面近乎完美,引领超高密度小间距显示的未来。倒装LED COB产品,可以实现LED倒装无引线芯片级封装,主要有以下三大优势:

      超高可靠性。

      可靠性方面COB封装LED显示产品比SMD显示产品高一个数量级,采用倒装技术及工艺的COB显示产品,又较前一代COB显示屏高出一个数量级。

      (1)正装每个像素单元红芯片1根金属线2焊点、绿芯片2根金属线4焊点、蓝芯片2根金属线4焊点,共计5根金属线,10个焊接点,倒装每个像素单元实际只需要6个金属键合点,不但省掉焊线环节,简化生产流程,又有效的解决了由于焊线虚焊,断线不良问题,可靠性进一步提升。

      (2)电极与接板接触面积大,不但提高焊接牢固性,同时LED芯片热量直接通过焊点直接传导到基板,降低结温,提高器件寿命及色彩稳定性[5]。

      图12 不同形式LED发光芯片示意图

      图13 正装LED COB与倒装LED COB封装形式对比

      2、超高密度超高清显示。

      (1)COB封装是真正的芯片级封装,无需打线,从物理空间尺寸来看,COB封装只有发光芯片尺寸限制,突破正装芯片的点间距极限,可以实现更高密度的解决方案。

      (2)正装结构的LED芯片,需要在p-GaN上镀一层透明导电层使电流分布更均匀,而这一透明导电层会对LED发出的光产生部分吸收,且电极会遮挡住部分光,这就限制了LED芯片的出光效率。采用倒装结构的LED芯片,可以避开p-GaN上透明导电层吸光和电极焊盘遮光的问题,以此提高芯片亮度,亮度最高可达1000cd/m2 , 芯片面积在PCB板上占比更小,除发光芯片以外区域全部变成黑色,黑屏时更黑,可提高显示屏的对比度。对比度最高可达10000:1以上,为HDR使用提供基本条件??沙氏指叩牧炼群透叩亩员榷?,

      图14 正装LED COB与倒装LED COB对比

      3、近屏体验更佳

      (1)由倒装产品因为没有打线,封装层厚度进一步降低(图13),可弱化??榧涞牟氏呒傲涟迪呶侍?,近距离观看效果更佳。

      (2)更好的亮场、黑场视觉一致性,倒装芯片封装后,表面无遮挡,有良好的可视角度和侧视显示均匀性,配合平面化光学设计优化,能实现最大广角与最佳显示效果,大视角下不偏色,可达到近180度完美的观看效果。

      (3)同等亮度,功耗降低20%,显示屏节能优势明显,同时屏体表面温度大幅降低,降低对近屏人员影响。

      五、颠覆传统,未来已来

      创新是战略制高点、变革是竞争力源泉,在2019年荷兰ISE展会上,希达电子携0.7mm倒装产品精彩亮相,标志着LED显示进入超微间距时代。0.7mm到3.3mm点间距全系列倒装COB产品实现量产,倒装LED COB超高密度小间距显示产品登上历史舞台。倒装COB技术现在不仅是小间距LED显示行业的技术挑战、创新方向,更是改变小间距LED显示行业格局的“分水岭”!COB封装小间距LED屏需要高技术支撑和重资产投入,这是对企业跨越不连续性的挑战。希达电子作为COB技术的开创者和领航者,正在擘画LED显示领域的全新蓝图,推动着中国LED显示产业不断向前发展。

      作者简介

      汪洋,博士,副研究员,硕士生导师,长春希达电子技术有限公司副总经理。长春市第六批有突出贡献专家。主要从事COB小间距LED显示与大功率LED照明产品研发及产业化工作。授权专利20余项,其中发明专利7项,发表论文4篇?;竦眉质】萍冀揭坏冉?项,中照照明科技创新奖一等奖1项,第22界广州光亚展阿拉丁奖十大产品奖。负责及参与国家、省部级科研项目10余项,目前是国家重点研发计划战略性先进电子材料专项“高效高可靠LED灯具关键技术研究”项目课题负责人。

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