融合的艺术——雷曼COB小间距显示面板探秘

    随着LED小间距显示屏在演播室、安防监控、交通指挥中心、大型视频会议室等专业显示市场渗透率的快速提升，P2以下的LED小间距显示屏市场规模近年来保持了高速的增长。据奥维云网（AVC）显示器件与系统大数据显示，2016年国内小间距LED显示行业销售规模达22.8亿元，并加速向高端大屏领域渗透。预计2017年全年国内市场销售总额持续增长，有望达38.2亿元，增长率在60%以上。

图1  2017年LED小间距显示市场规模

    作为LED小间距显示屏颠覆者形象出现的COB小间距显示产品，成为了2017年LED显示领域的明星，COB小间距LED显示屏在市场上获得了高度的关注。雷曼股份在2017年11月宣布研发出第三代COB小间距LED高清显示面板，并在2018年2月的荷兰ISE展上进行了全球首发，获得了全球客户的高度认可。那么，作为LED小间距显示屏颠覆者形象出现的COB小间距技术，与传统的SMD器件小间距显示技术相比，又有哪些不同的地方呢？
    目前LED小间距显示屏的主流技术，主要采用SMD分立器件技术，技术路线如下图所示。
   

    图2  SMD分立器件小间距LED显示技术路线及产业链

    伴随着LED小间距显示屏市场的快速增长，SMD分立器件小间距LED显示屏在应用过程中，也逐渐暴露出了技术瓶颈与局限，主要包括以下几个方面：
    （1）可靠性与稳定性问题
     LCD 面板失效像素点的国际公认标准为百万 之 1.5 个失效像素，即失效率1.5PPM。目前SMD分立器件LED小间距的出厂前失效率达到 30-50PPM ，屏厂通过出厂前的老化和维修，以保证出厂时无死灯，但是问题在于屏厂出厂后三个月、半年、一年后也有较高的失效率。目前，众多小间距屏厂受困于小间距的可靠性与稳定性问题，不得不培养大量的工程服务人员去给客户修屏，这个问题已经成为SMD分立器件小间距屏最大的瓶颈和天花板。 
    （2）点间距的局限
    目前采用SMD分立器件的小间距显示屏产品，主流的点间距在P1.2—P2.0之间，市场上几乎没有P1.0以下间距量产的产品。2017年在美国INFOCOMM展上，有公司推出了采用0505 灯珠制造的间距为0.7mm的小间距样品，从分立器件显示屏技术角度来看，这已经是分立器件小间距显示屏的极限，要想做更小间距几乎已经不可能。 
    （3）脆弱的防护性
    小间距LED显示屏采用的SMD封装器件，灯珠焊盘面积太小，SMT回流焊后，PCB板上的灯珠非常脆弱，搬运、安装、使用中的磕碰极易损坏灯珠。 
    为了解决SMD分立器件小间距显示屏技术路线的瓶颈，目前业界提出了COB（Chip On Board）封装小间距显示屏技术路线。COB封装是将LED芯片直接固晶焊线在带显示电路的PCB板上，再用封装胶对LED芯片包封。雷曼的COB小间距LED集成显示所在的产业链及技术路线如下图所示：
 

    图3  COB小间距LED显示技术路线及产业链

    从COB小间距LED显示技术的产业链分布来看，包括了LED产业的中游封装与下游显示应用产业，是对LED封装与LED显示两项技术的融合，与SMD分立器件的LED小间距显示技术相比，具有非常高的技术门槛。
    与SMD分立器件LED小间距显示技术相比，雷曼COB小间距LED集成显示技术具有非常明显的技术优势，主要体现在以下几个方面。
    （1）能做到更小的点间距
 

   图4 COB显示技术与SMD分立器件显示技术点间距

    目前SMD分立器件小间距LED显示技术，主流的点间距在P1.2-P2.0之间，点间距继续降低非常困难，主要受制于两个方面的因素：第一个因素是成熟的SMD器件为1010、0808规格，例如P1.2分立器件小间距LED显示屏，一般用0808规格的SMD器件。更小尺寸的SMD器件，例如0606或者0505规格的产品，目前成熟度都较低；第二个影响因素是分立器件必须过SMT回流焊，由于更小尺寸的SMD器件，意味着有更小的焊盘，导致SMT回流焊良率受到影响，回流焊后的SMD器件也非常脆弱，很容易被碰掉，防护性非常脆弱。
    雷曼的COB小间距LED显示技术，不存在SMD分立器件LED显示技术的上述问题，能够做到的点间距尺寸，仅受限于封装技术，因此雷曼的COB小间距LED显示技术，通常可以做到P0.5-P2.0点间距，最小点间距可以做到P0.5，能够做到分立器件LED小间距技术难以量产的P1.0以下的市场。
  （2）能够提供最强的防护性
    与SMD分立器件小间距LED显示技术脆弱的防护性能相比，雷曼的COB小间距LED显示技术的防护性能堪称强大。
  

    图5 SMD分立器件小间距LED显示技术

    上图为SMD分立器件小间距LED显示技术，LED芯片固晶、焊线在支架上，再用环氧树脂封装为SMD器件，通过SMT回流焊，将SMD器件焊接在PCB板上。由于分立器件小间距LED显示技术采用的SMD器件规格多为1010或者0808，焊盘尺寸很小，SMT回流焊后，容易发生虚焊，以及被碰掉，防护性能脆弱。
  

    图6 雷曼COB小间距LED显示技术

    上图为雷曼COB小间距LED显示技术，LED芯片固晶、焊线在PCB板上，再用封装胶直接封装在PCB板上。封装胶与PCB板具有坚固的结合力，在外力的作用下不会损伤LED，防外力碰撞能力突出。因此COB封装的小间距LED显示技术，具有非常优秀的防护能力。
    （3）提供更高的可靠性与稳定性
    SMD分立器件LED小间距显示技术，在生产过程中存在30-50PPM的失效率，通过出厂前的老化和维修，以保证出厂时无死灯。但是在客户使用过程中，还是存在较高的失效率。
    雷曼的COB小间距LED显示技术，能够提供更高的可靠性与稳定性，在客户使用过程中的失效率会明显降低。
    引起LED显示屏失效的主要因素，包括外界的环境因素以及LED封装的可靠性因素。外界环境的温度、湿度、污染、震动等，当超过LED显示屏能够承受的范围时，或者LED显示屏设计抗外界环境因素的阈值过低时，均会导致LED显示屏失效，特别是小间距LED显示屏对外界环境因素敏感性更高，更容易发生失效；
    LED封装的可靠性，主要由LED芯片、支架、金线、封装胶等材料的封装可靠性决定。要对各种材料的热学匹配性、力学匹配性进行设计，才能确保LED封装后的整体可靠性。
    COB封装与普通SMD器件封装相比，COB封装取消了LED支架，以及通过SMT回流焊由锡膏连接PCB板的环节。COB封装中，直接将LED芯片固晶、焊线在PCB板上，用封装胶直接将LED芯片包封在PCB板上。因此，COB封装具有更高的可靠性。
 

     图7 COB封装与SMD器件封装

    通过以上分析可以看到，COB小间距显示技术，是融合了LED封装与LED显示的创新技术，具有非常明显的技术优势。随着2018年市场主流小点间距向P1.2或者更小点间距下探，COB小间距显示产品必将迎来市场更快的爆发。