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顯示技術創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來千載難逢的發(fā)展機遇，預計將新增近千億的市場空間。

　　一、COB小間距LED顯示技術發(fā)展綜述

　　長春希達電子技術有限公司首創(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顯示領域的最前沿;2014年進入規(guī)?；瘧?伴隨COB技術的不斷完善以及市場對COB技術的逐漸認可，2017年希達電子作為牽頭單位，承擔國家重點研發(fā)計劃“戰(zhàn)略性先進電子材料”重點專項(指南6.5)超高密度小間距LED顯示關鍵技術開發(fā)與應用示范，項目結題時，將實現(xiàn)0.5-0.8mm點間距COB LED顯示的技術突破，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技術的持續(xù)升溫，該技術對行業(yè)市場格局的影響也已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)關注的焦點，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)已有幾年時間，但擁有COB技術的顯示屏企業(yè)卻非常的少。主要原因是COB封裝對技術、設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行相關的研發(fā)與生產(chǎn)。而擁有先進設備和充足資金的大型企業(yè)，又因無法繞過相關的專利問題，對COB技術的態(tài)度謹小慎微。新進加入COB技術的企業(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技術的逐漸升溫，開始進行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技術路線和COB技術路線。SMD技術路線，即已經(jīng)普及化應用的表貼LED技術。這一技術的最大優(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技術在小間距顯示領域的發(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用。目前業(yè)內(nèi)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、防護性差，導致死燈、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，靜電的影響極易導致燈珠擊穿。

　　圖2 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技術進行貼裝，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，在側視角離散性麻點嚴重。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計不同的箱體，實現(xiàn)產(chǎn)品差異性，滿足客戶個性化需求。

　　圖3 4合1SMD產(chǎn)品示意圖

　　圖4 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，能夠實現(xiàn)1.5mm點間距以上產(chǎn)品，此種技術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。

　　圖5 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)品技術優(yōu)勢

　　COB技術路線是以COB集成封裝的方式，取代了傳統(tǒng)表貼工藝和燈珠封裝。COB集成封裝技術是將LED發(fā)光芯片與基板通過特定方式實現(xiàn)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技術路線的對比

　　COB技術路線不受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。(圖7)，

　　圖7 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，防護等級達到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。

　　圖8 COB與SMD封裝形式對比

　　圖9 COB-LED顯示屏表面IP54

　　COB技術實現(xiàn)“點” 光源到“面” 光源的轉換，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。

　　圖10 COB面光源技術對視覺顯示柔化舒緩

　　另外，COB在技術上涉及兩個非常重要的問題：一是逐點校正技術，另一個就是單點維修。希達電子是國內(nèi)首家研制成功亮色度逐點一致化校正技術、現(xiàn)場校正技術的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，遠遠走在了其他同行之前。同時，希達電子在專利方面的布局比較完整，在競爭中處于領先地位。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雜，其實COB技術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(圖11 )，而COB產(chǎn)品利用希達獨有的專利單點維修技術，則不存在這樣的問題。

　　圖11 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)品技術優(yōu)勢

　　目前采用正裝LED發(fā)光芯片的COB技術路線，經(jīng)過近幾年的技術發(fā)展和市場孕育，能夠實現(xiàn)點間距1.0mm以上規(guī)?；a(chǎn)，得到客戶的廣泛認可。希達電子瞄準世界前沿顯示技術、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：

　　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到基板，降低結溫，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

　　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。采用倒裝結構的LED芯片,可以避開p-GaN上透明導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，黑屏時更黑，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。可呈現(xiàn)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)品因為沒有打線，封裝層厚度進一步降低(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視顯示均勻性，配合平面化光學設計優(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，希達電子攜0.7mm倒裝產(chǎn)品精彩亮相，標志著LED顯示進入超微間距時代。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技術現(xiàn)在不僅是小間距LED顯示行業(yè)的技術挑戰(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)。希達電子作為COB技術的開創(chuàng)者和領航者，正在擘畫LED顯示領域的全新藍圖，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，碩士生導師，長春希達電子技術有限公司副總經(jīng)理。長春市第六批有突出貢獻專家。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，目前是國家重點研發(fā)計劃戰(zhàn)略性先進電子材料專項“高效高可靠LED燈具關鍵技術研究”項目課題負責人。