COB LED在全彩顯示領域的應用

摘要：顯示用途的LED器件面世以來，經歷了DIP直插，點陣模塊，單色CHIP型，全彩TOP型，全彩CHIP型，多燈集成封裝，COB等封裝類型。每種新的封裝形式的出現，都豐富了LED顯示屏產品的應用類型。COB LED的出現，也將帶來大量新的產品和應用。

一、引言

單個像素類型的全彩SMD LED 封裝器件，已經做到了0606規格了，向更小尺寸發展，LED燈的可靠性，SMT工藝難度，遇到了巨大的挑戰。此時，COB顯示應運而生，SONY Crystal LED以驚艷的效果面世，宣告了COB時代的到來。隨后三星展示了The Wall，達科、Deepsky、LEDMAN、LUMENS、聚積科技等，也展示了各自的COB LED顯示屏產品。同時GOB（Glue On Board，SMD產品表面灌膠）、集成封裝（多燈合一的SMD器件）產品的出現，改進了SMD LED的某些特性，豐富了SMD產品的應用類型。

COBLED和SMDLED顯示屏產品的有本質區別，首先是封裝結構上的差異：

SMD(Surface Mounted Devices)分立器件顯示產品，是把LED發光芯片，通過支架封裝成分立發光器件，再通過表面貼裝工藝SMT，焊接到驅動PCB板上。

COB(Chip On Board)顯示產品，是把LED發光芯片，直接封裝在PCB驅動板上，省去中間封裝成獨立器件再SMT的環節。Micro LED與Mini LED，從工藝過程劃分，也屬于COB范疇，區別是使用的LED發光芯片的類型（正裝芯片、倒裝芯片）與尺寸不同，發光芯片的轉移貼裝方式不同。

其次，由于COB是直接把LED發光芯片密封固定在驅動板上，沒有SMT過程，沒有導電管腳外露。所以產品的防水，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，進而拓寬了LED顯示屏產品的應用領域，或對原有SMD LED顯示屏的效果進行了提升。

二、COB LED在全彩顯示領域的應用

1.小間距LED租賃顯示屏領域

LED租賃顯示屏產品的應用特點：1.需要經常安裝拆卸，易產生磕碰。2.不使用時候，會存放在航空箱里，容易受潮。

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品損壞的重要原因。需要花費大量的時間檢修，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，長寬尺寸為1mm*1mm，有效的附著面積是4個焊盤的尺寸，約0.8mm2。

COB封裝的高度通常在0.5mm左右，單個像素長寬約為1.5mm*1.5mm，附著面積為2.25 mm2。

通過簡單計算，COB封裝單個像素，所能承受的最大推力F，是SMD的5.6倍。（實際測試，LEDMAN P1.5 COB  LED 單個像素可以承受的推力，是1010規格SMD LED的5倍左右。）所以能大幅減少磕碰造成的LED結構損壞。

LED分立器件受潮損壞的原因，是水蒸汽進入LED燈體內部，與金屬發生化學反應，導致斷路或短路。水蒸汽進入LED燈內部的通道，通常是兩種材料的結合面。

CHIP型SMD LED，每個LED燈的材料結合面四面都外露。水蒸氣容易進入LED燈體內部導致損壞。

COB類型，PCB中部不存在縫隙。只有在PCB邊緣一周，有結合面外露。因此水蒸氣不易進入LED燈體內部導致的損壞。

2.家用大尺寸LED屏電視領域

110寸以上的家用電視機，液晶、OLED因工藝、成本、安裝運輸等問題，目前無法大規模量產；投影、激光電視，以低成本優勢，占據了部分市場份額，但是在亮度，對比度，色域等方面，表現差強人意。

一些公司用SMD小間距顯示產品，在家用LED電視機領域進行了探索。因像素失效率高，售價過高等原因，始終未能大規模打開市場。

像素失效率過高的主要原因，是連接點過多。一個像素，其LED燈內部，有5根金線10個焊球，加上1個紅色芯片底部銀膠連接點，共需11個連接點，其外部需加4個錫膏焊點，共計15個連接點。以1920*1080分辨率的屏為例，共有3110萬個連接點。如果按1PPM的連接點不良率計算，就有31個不良的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顯示產品，若采用正裝芯片，連接點個數比SMD減少26%。若采用倒裝芯片，連接點個數比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5 PPM以內，接近液晶面板的表現。

據估算，2K的108寸SMD LED顯示屏，售價預計在人民幣40萬元左右，這超出了大部分人的承受范圍。COBLED在生產過程中，省去了支架材料和SMT工序。在規模化生產之后，成本會比SMD LED產品更低，有較大的機會進入110寸以上高端家用LED電視機領域。

3.LED背光液晶顯示領域

目前的LED白色背光液晶顯示器，基本采用兩種背光方式：側入式白色背光和直下式白色背光。其優劣勢對比見下表：

表一：側入式與直下式白色背光

采用COB LED紅綠藍三色直下式背光，可以兼有側入式背光和直下式背光的優勢。在比較薄的尺寸內，做到分區點亮，提高對比度。同時，采用紅綠藍三基色混合白光，比藍光加熒光粉背光有更寬的顯示色域。

因為COB 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，分區點亮可做得更精細，對比度更高。因而能用較低的成本，達到和OLED顯示器接近的對比度和厚度效果。

4.影院屏幕領域

三星在2018年發布了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）認證，開啟了LED顯示屏在影院應用的先河。韓國樂天影城使用LED顯示屏開業后，上座率比使用投影機的影院上升了12%，觀眾滿意度達到80%（據三星官網和宣傳資料）。

目前采用投影放映機的影院，屏幕亮度只有50nit左右。若在電影院使用LED顯示屏達到和投影機接近的亮度，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，刷新頻率效果就會變差。

COB顯示屏的出現，為低亮度LED顯示提供了一個良好的解決方案。COB顯示屏可以對密封LED芯片的透鏡進行個性化定制。通過調整透鏡形狀、尺寸、厚度、摻雜物質，來改變顯示屏的亮度、銳度、對比度，以達到舒適的觀看效果。

同時COB LED顯示屏的高可靠性，高防護性，會大幅降低影院維護的頻次，取得更好的經濟效益。

5.戶外高清LED顯示領域

SMD 類型的戶外LED器件，目前最小尺寸為1.4x1.5mm，可以實現P2以上的戶外LED顯示屏。更小像素間距的戶外LED顯示屏產品，若做到LED面IP65的防水級別，需要在LED表面做結構防水，會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，應用于公交站臺、城市信息發布板、近距離門店廣告等場所。

戶外高清顯示屏，遇到的另一個挑戰是燈珠表面過熱。P3戶外顯示屏，亮度達到6000nit時，表面溫度可達70℃以上。過高的溫度會導致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，對紅和綠藍分開供電。紅燈使用2.8V左右的電壓，綠藍使用3.8V左右的電壓。相比4.5V共陽極供電方式，大約節約25%的功耗。LED燈表面溫度，也會大幅降低。實測P4.X產品，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，并且價格比共陽極高很多。

若采用COB方案，只需要更改PCB的焊盤設計，更改LED芯片打線方式，就可以實現共陰極LED燈的驅動方式。不增加燈珠成本，LED芯片直接貼在PCB上，熱傳導路徑比SMD燈珠的路徑更短，熱阻更小。LED芯片自身的工作溫度更低，有利于延長使用壽命。

6.觸控LED顯示屏領域

觸控顯示屏，一般采用顯示屏四周加紅外感應邊框或表面聲波控制的方式，實現觸摸交互操作。

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險。一些公司采用在LED燈珠表面貼膜的方式來解決以上問題。但貼膜會帶來模組維護困難，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動板上，沒有LED燈管腳外露，在抗靜電方面，有獨特的優勢。上文已分析COB LED顯示屏抗磕碰能力更強，不用擔心手指碰傷燈珠的問題。不需要貼膜，不影響散熱和維護操作。

在教育顯示、會議顯示、展覽顯示等觸控LED顯示領域，有廣闊的應用前景。

三、結論

結合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，可個性化定制等特點。COB LED顯示屏在室內體育顯示、個人移動終端、安防監控指揮中心、AR、VR等領域，也有顯著的優勢。

當然，COB LED顯示屏現階段還面臨生產規模化程度不夠，導致量產初期良品率偏低和成本較高，投資門檻高等問題。相信隨著時間的推移，以上問題會得到徹底解決。

COB LED顯示屏未來會在全彩顯示領域迸發出強大活力。

參考文獻：

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[4]孫端《電視機是不是越薄越好》，泡泡網