一、引言
單個(gè)像素類型的全彩SMD led封裝器件，已經(jīng)做到了0606規(guī)格了，向更小尺寸發(fā)展，led燈的可靠性，SMT工藝難度，遇到了巨大的挑戰(zhàn)。此時(shí)，COB顯示應(yīng)運(yùn)而生，SONY Crystal led以驚艷的效果面世，宣告了COB時(shí)代的到來。隨后三星展示了The Wall，達(dá)科、Deepsky、ledMAN、LUMENS、聚積科技等，也展示了各自的COB led顯示屏產(chǎn)品。同時(shí)GOB(Glue On Board，SMD產(chǎn)品表面灌膠)、集成封裝(多燈合一的SMD器件)產(chǎn)品的出現(xiàn)，改進(jìn)了SMD LED的某些特性，豐富了SMD產(chǎn)品的應(yīng)用類型。
SMD(Surface Mounted Devices)分立器件顯示產(chǎn)品，是把led發(fā)光芯片，通過支架封裝成分立發(fā)光器件，再通過表面貼裝工藝SMT，焊接到驅(qū)動(dòng)PCB板上。
COB(Chip On Board)顯示產(chǎn)品，是把led發(fā)光芯片，直接封裝在PCB驅(qū)動(dòng)板上，省去中間封裝成獨(dú)立器件再SMT的環(huán)節(jié)。Micro LED與Mini LED，從工藝過程劃分，也屬于COB范疇，區(qū)別是使用的LED發(fā)光芯片的類型(正裝芯片、倒裝芯片)與尺寸不同，發(fā)光芯片的轉(zhuǎn)移貼裝方式不同。
其次，由于COB是直接把LED發(fā)光芯片密封固定在驅(qū)動(dòng)板上，沒有SMT過程，沒有導(dǎo)電管腳外露。所以產(chǎn)品的防水，防潮，防塵，抗靜電，抗撞擊，防虛焊等性能得到了大幅提高。像素間距也可以做到更小，進(jìn)而拓寬了LED顯示屏產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域，或?qū)υ蠸MD LED顯示屏的效果進(jìn)行了提升。
二、COB LED在全彩顯示領(lǐng)域的應(yīng)用
1.小間距LED租賃顯示屏領(lǐng)域
led燈珠磕碰損壞和燈珠受潮失效，是SMD分立器件類型小間距租賃產(chǎn)品損壞的重要原因。需要花費(fèi)大量的時(shí)間檢修，給使用者帶來巨大的使用成本。
影響led燈珠抗沖擊的因素，主要是led燈珠的附著力、附著面積和受磕碰時(shí)候受到的力矩大小。M(力矩)=F(作用力)*L(力臂)。在同樣作用力的情況下，LED燈珠高度越高，所受的力臂L越大，越容易被損壞。
以P1.5為例，假設(shè)SMD和COB燈體和PCB單位面積附著力相等。
1010燈珠的高度L一般為1mm，長(zhǎng)寬尺寸為1mm*1mm，有效的附著面積是4個(gè)焊盤的尺寸，約0.8mm²。
COB封裝的高度通常在0.5mm左右，單個(gè)像素長(zhǎng)寬約為1.5mm*1.5mm，附著面積為2.25mm²。
通過簡(jiǎn)單計(jì)算，COB封裝單個(gè)像素，所能承受的最大推力F，是SMD的5.6倍。(實(shí)際測(cè)試，LEDMAN P1.5 COB LED單個(gè)像素可以承受的推力，是1010規(guī)格SMD LED的5倍左右。)所以能大幅減少磕碰造成的LED結(jié)構(gòu)損壞。
LED分立器件受潮損壞的原因，是水蒸汽進(jìn)入LED燈體內(nèi)部，與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致斷路或短路。水蒸汽進(jìn)入LED燈內(nèi)部的通道，通常是兩種材料的結(jié)合面。
CHIP型SMD LED，每個(gè)LED燈的材料結(jié)合面四面都外露。水蒸氣容易進(jìn)入LED燈體內(nèi)部導(dǎo)致?lián)p壞。
COB類型，PCB中部不存在縫隙。只有在PCB邊緣一周，有結(jié)合面外露。因此水蒸氣不易進(jìn)入LED燈體內(nèi)部導(dǎo)致的損壞。
2.家用大尺寸LED屏電視領(lǐng)域
110寸以上的家用電視機(jī)，液晶、OLED因工藝、成本、安裝運(yùn)輸?shù)葐栴}，目前無法大規(guī)模量產(chǎn);投影、激光電視，以低成本優(yōu)勢(shì)，占據(jù)了部分市場(chǎng)份額，但是在亮度，對(duì)比度，色域等方面，表現(xiàn)差強(qiáng)人意。
一些公司用SMD小間距顯示產(chǎn)品，在家用led電視機(jī)領(lǐng)域進(jìn)行了探索。因像素失效率高，售價(jià)過高等原因，始終未能大規(guī)模打開市場(chǎng)。
像素失效率過高的主要原因，是連接點(diǎn)過多。一個(gè)像素，其LED燈內(nèi)部，有5根金線10個(gè)焊球，加上1個(gè)紅色芯片底部銀膠連接點(diǎn)，共需11個(gè)連接點(diǎn)，其外部需加4個(gè)錫膏焊點(diǎn)，共計(jì)15個(gè)連接點(diǎn)。以1920*1080分辨率的屏為例，共有3110萬個(gè)連接點(diǎn)。如果按1PPM的連接點(diǎn)不良率計(jì)算，就有31個(gè)不良的LED燈。再加上金屬遷移引起的不良，使用過程中是無法接受的。
COB顯示產(chǎn)品，若采用正裝芯片，連接點(diǎn)個(gè)數(shù)比SMD減少26%。若采用倒裝芯片，連接點(diǎn)個(gè)數(shù)比SMD減少60%，而且采用倒裝芯片，紅燈不用銀膠，沒有金屬遷移的隱患。再加上COB采用全密封的工藝，杜絕了LED成品受潮損壞的可能。整體led顯示屏的失效率，可做到5PPM以內(nèi)，接近液晶面板的表現(xiàn)。
據(jù)估算，2K的108寸SMD led顯示屏，售價(jià)預(yù)計(jì)在人民幣40萬元左右，這超出了大部分人的承受范圍。COBLED在生產(chǎn)過程中，省去了支架材料和SMT工序。在規(guī)?；a(chǎn)之后，成本會(huì)比SMD LED產(chǎn)品更低，有較大的機(jī)會(huì)進(jìn)入110寸以上高端家用led電視機(jī)領(lǐng)域。
3.LED背光液晶顯示領(lǐng)域
目前的LED白色背光液晶顯示器，基本采用兩種背光方式：側(cè)入式白色背光和直下式白色背光。其優(yōu)劣勢(shì)對(duì)比見下表：
表一：側(cè)入式與直下式白色背光
采用COB LED紅綠藍(lán)三色直下式背光，可以兼有側(cè)入式背光和直下式背光的優(yōu)勢(shì)。在比較薄的尺寸內(nèi)，做到分區(qū)點(diǎn)亮，提高對(duì)比度。同時(shí)，采用紅綠藍(lán)三基色混合白光，比藍(lán)光加熒光粉背光有更寬的顯示色域。
因?yàn)镃OB LED比SMD LED高度尺寸更小，像素間距可以做到更密，從而可減小混光距離，把顯示器做的更薄。COB led背光像素間距更小時(shí)，分區(qū)點(diǎn)亮可做得更精細(xì)，對(duì)比度更高。因而能用較低的成本，達(dá)到和Oled顯示器接近的對(duì)比度和厚度效果。
4.影院屏幕領(lǐng)域
三星在2018年發(fā)布了Onyx，P2.5 SMD影院顯示屏，4K分辨率。，支持3D，HDR,，校正后亮度300-500nit，通過了DCI(Digital Cinema Initiatives)認(rèn)證，開啟了LED顯示屏在影院應(yīng)用的先河。韓國(guó)樂天影城使用LED顯示屏開業(yè)后，上座率比使用投影機(jī)的影院上升了12%，觀眾滿意度達(dá)到80%(據(jù)三星官網(wǎng)和宣傳資料)。
目前采用投影放映機(jī)的影院，屏幕亮度只有50nit左右。若在電影院使用LED顯示屏達(dá)到和投影機(jī)接近的亮度，就需要解決用SMD led屏亮度過高的問題。但是，若把SMD led屏最大亮度降到50nit使用，灰度一致性，刷新頻率效果就會(huì)變差。
COB顯示屏的出現(xiàn)，為低亮度LED顯示提供了一個(gè)良好的解決方案。COB顯示屏可以對(duì)密封led芯片的透鏡進(jìn)行個(gè)性化定制。通過調(diào)整透鏡形狀、尺寸、厚度、摻雜物質(zhì)，來改變顯示屏的亮度、銳度、對(duì)比度，以達(dá)到舒適的觀看效果。
同時(shí)COB LED顯示屏的高可靠性，高防護(hù)性，會(huì)大幅降低影院維護(hù)的頻次，取得更好的經(jīng)濟(jì)效益。
5.戶外高清LED顯示領(lǐng)域
SMD類型的戶外led器件，目前最小尺寸為1.4x1.5mm，可以實(shí)現(xiàn)P2以上的戶外led顯示屏。更小像素間距的戶外led顯示屏產(chǎn)品，若做到LED面IP65的防水級(jí)別，需要在LED表面做結(jié)構(gòu)防水，會(huì)影響散熱性能和顯示效果。COB顯示屏表面防水的特性，可以直接用來做室外P2以下的高清LED顯示屏，應(yīng)用于公交站臺(tái)、城市信息發(fā)布板、近距離門店廣告等場(chǎng)所。
戶外高清顯示屏，遇到的另一個(gè)挑戰(zhàn)是燈珠表面過熱。P3戶外顯示屏，亮度達(dá)到6000nit時(shí)，表面溫度可達(dá)70℃以上。過高的溫度會(huì)導(dǎo)致LED的壽命減短，亮度衰減，可靠性變差。
解決LED燈珠溫度過高的方法之一，是使用共陰極的方案，對(duì)紅和綠藍(lán)分開供電。紅燈使用2.8V左右的電壓，綠藍(lán)使用3.8V左右的電壓。相比4.5V共陽極供電方式，大約節(jié)約25%的功耗。LED燈表面溫度，也會(huì)大幅降低。實(shí)測(cè)P4.X產(chǎn)品，共陰極比共陽極燈體表面，降低了10℃以上。
目前共陰極方案使用的雙路輸出電源和IC方案基本成熟。共陰極的LED燈珠器件卻屈指可數(shù)，并且價(jià)格比共陽極高很多。
若采用COB方案，只需要更改PCB的焊盤設(shè)計(jì)，更改led芯片打線方式，就可以實(shí)現(xiàn)共陰極LED燈的驅(qū)動(dòng)方式。不增加燈珠成本，LED芯片直接貼在PCB上，熱傳導(dǎo)路徑比SMD燈珠的路徑更短，熱阻更小。LED芯片自身的工作溫度更低，有利于延長(zhǎng)使用壽命。
6.觸控LED顯示屏領(lǐng)域
觸控顯示屏，一般采用顯示屏四周加紅外感應(yīng)邊框或表面聲波控制的方式，實(shí)現(xiàn)觸摸交互操作。
使用SMD類型LED顯示屏，存在觸摸不平滑，手指刮壞LED燈，人體靜電損壞等方面的風(fēng)險(xiǎn)。一些公司采用在LED燈珠表面貼膜的方式來解決以上問題。但貼膜會(huì)帶來模組維護(hù)困難，散熱變差，亮度下降，貼膜反光不一致等新問題。
與之相比，于COB LED芯片被完全密封在驅(qū)動(dòng)板上，沒有led燈管腳外露，在抗靜電方面，有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。上文已分析COB LED顯示屏抗磕碰能力更強(qiáng)，不用擔(dān)心手指碰傷燈珠的問題。不需要貼膜，不影響散熱和維護(hù)操作。
在教育顯示、會(huì)議顯示、展覽顯示等觸控LED顯示領(lǐng)域，有廣闊的應(yīng)用前景。
三、結(jié)論
結(jié)合COB LED顯示屏失效率低，耐碰撞，散熱好，防水防塵，可做更小的像素間距，體積小，可個(gè)性化定制等特點(diǎn)。COB LED顯示屏在室內(nèi)體育顯示、個(gè)人移動(dòng)終端、安防監(jiān)控指揮中心、AR、VR等領(lǐng)域，也有顯著的優(yōu)勢(shì)。
當(dāng)然，COB LED顯示屏現(xiàn)階段還面臨生產(chǎn)規(guī)?；潭炔粔?，導(dǎo)致量產(chǎn)初期良品率偏低和成本較高，投資門檻高等問題。相信隨著時(shí)間的推移，以上問題會(huì)得到徹底解決。
COB LED顯示屏未來會(huì)在全彩顯示領(lǐng)域迸發(fā)出強(qiáng)大活力。
