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覆晶:改变小间距LED显示的又一个风口

来源:投影时代 更新日期:2018-02-14 作者:萧萧

    近十年来LED显示屏,特别是小间距LED产品的发展呈现出大爆发的趋势。例如,P2.0产品的价格从每平米百万元已经下降到2万元。这种行业巨变,背后必然有着“巨大的技术和创新进步”的支撑。而2018年“覆晶”封装技术再次成为小间距LED“新征程”的助力器。

    2018年,小间距LED产品的重要创新点

    小间距LED显示产品,在2018年的主要创新点集中在:P0.7-p1.0产品的进一步普及和表贴小间距LED产品极限的新突破;COB小间距LED产品阵营的扩大;MINI-LED 小间距LED屏产品的进入“货架阶段”。

    其中,以占市场主导地位的表贴工艺为核心的传统小间距LED产品,已经实现P0.8产品的“大量样品试制”,P1.0产品实现了“大批量工业化供给”的阶段。虽然从整体市场份额看,P0.8产品以每平米不能低于20万元的高成本为出发点,很难获得销售规模。但是,作为小间距LED技术的成熟极限化产品,依然是品牌们争夺的“技术话语和品牌形象”高地。与P0.7以下间距产品对应的LED RGB三晶体封装结构主要是0505和0606。这些封装结构,使用的LED晶体颗粒大小为100-300微米。对于传统表贴工艺而言,这些“微小的零部件”也已经达到工艺极限。

覆晶:改变小间距LED显示的又一个风口

    不过,表贴工艺在更小的间距指标上,依然有“新方法”:例如,ISE2018展会,亿光研发出像素共享(虚拟像素)等方案供客户选用。其采用四晶RGGB灯珠封装结构,借助LED快速开关的性能优势,以更高的刷新频率,实现亚像素的共享设计,依托人眼的视觉暂留现象,在基本不增加灯珠颗粒数目、表贴工艺极限尺寸难度的同时,可以实现小于p0.6指标的小间距LED产品。业内认为,表贴工艺在小于0.8间距的指标上,进一步拓展产品线,需要借助于封装和成像技术的创新,而不是仅仅更小的灯珠颗粒:因为,更小的灯珠颗粒带来的表贴密度和数量规模,挑战了这种工艺的“成本与成品可靠性”。而四晶体虚拟共享的像素结构,将是一个很好的思路。

    如果说,表贴产品突出的是“更小间距”,那么COB技术则更看重“柔和舒适的主流显示画面”。CES2018和ISE2018展会上,已经可以发现众多企业崭新加盟COB技术产品。且其间距主要是P1.2-p1.9的产品——即占据市场绝对主力的产品。

    这说明,COB技术已经被更多主流企业和厂商视为传统表贴工艺的“效果升级、体验创新”路径。COB技术带来的画质性能提升,包括柔和的画面、对抗LED显示的像素颗粒感,以及更为稳定可靠的工艺特点,都是对传统表贴工艺的巨大升级。尤其是在主流表贴工艺LED产品价格不断下滑的背景下,COB技术成为了一个关键“提质”发展点。

    伴随COB技术和更小间距的表贴技术(P1.0以下)产品的大量普及,小间距LED显示实际已经进入MINI-LED晶体时代。即100-300微米的LED晶体颗粒!从像素尺寸看,只有这样的晶体颗粒能够满足0606这种封装级别的LED贴片灯珠的需求。同时,COB技术的整体封装路径,也使得其更适合采用更小的LED晶体颗粒,并具有更好的视觉效果和成本上的双重价值。

    不过,从小间距LED产品自身发展看,MINI-LED很可能不仅仅是对COB和P1.0以下表贴产品的锦上添花,而是会成为全新一代的产品。尤其是与覆晶技术结合,2018年mini-led正在获得业内更多的关注。

    什么是覆晶技术,覆晶工艺的优势

    覆晶技术(Flip-Chip),也 称“倒晶封装”或“倒晶封装法”。这是一种对LED晶体颗粒新兴的封装处理技术。相对于表贴工艺的灯珠或者COB工艺的CELL而言,后两者主要是“LED晶体集合体的外包装”封装工艺。

    可以如此解释覆晶工艺:LED晶体在封装结构中的存在方式有正装和倒装两种。传统的表贴小间距LED和COB技术多采用正装工艺。但是,现在倒装工艺(即覆晶)进一步成熟,成为了一种重要市场选择。尤其是100-300微米级别的LED晶体颗粒,在制作COB CELL的时候,很多上游厂商倾向于采用覆晶技术。

    从结构特点看,覆晶封装主要的改变是:由于晶片被反转封装,“传统LED晶片的最上层电路线路部分,变成了支撑结构、晶片衬底、电路连接围拢的中间层”——这个结构也被叫做鸟笼封装:晶片上的电路结构就是笼子里的鸟,晶片衬底、支撑结构、电路连接是笼子。覆晶封装的主要技术难度是“成品率低、设备更为昂贵”。

覆晶:改变小间距LED显示的又一个风口

    当然,在突破成品率上的难度和付出更昂贵的设备成本之后,覆晶封装也有其更大的好处:支持更小的间距、更大的近180度的可视角度、更高的可靠性、更低的能耗、更好的对比度效果等等。

    从可靠性上看,正装技术必须依赖金线进行电路连接。这个金线不仅成本更高,而且也存在稳定性、虚焊、烧毁等问题。覆晶封装采用的晶体电路和支撑结构基板直接贴合的方式,连接部位的接触面积扩大数百倍,这不仅增加了“连接可靠性(包括虚焊、脱焊率大幅降低、大电流承载力显著增强),而且使得更小颗粒LED晶体的稳定连接成为可能”。

    从光学效能看,覆晶结构中,LED晶体固定连接等工艺过程几乎不影响“发光面”的面积、光学结构设计。这使得整个LED晶体的光效率和可视角度都能得到很大提升。尤其是可视角度,覆晶COB设计可以提供近180度的效果,超过表贴灯珠160度和传统正装LED颗粒170度的效果。

    同时,由于覆晶工艺对小颗粒LED的支持更好,这在LED发光效率不断提升、室内显示应用需要较低亮度、单位显示面积分辨率提高的背景下,通过采用更小的LED颗粒,可以实现成本节约和在最终显示器的表面面积中“纯黑比”更高的设计效果。进而实现成本优势和对比度显示性能优势。

    总之,覆晶技术的难度虽然是明确的、但是好处也是显而易见的。随着其工艺技术的突破,生产困难被克服,在小间距LED终端上,覆晶必然呈现出“越来越被”看好的发展趋势。

    MINI-LED时代,覆晶必然是“最终选择”

    目前LED显示技术有两大发展方向:一个是更小的间距,另一个是更好的视觉体验。对于这两点,覆晶工艺都是“必须”的。

    一方面,在更小的像素间距上,LED晶体颗粒的尺寸必然更小。例如以表贴技术的p0.8产品,采用0606灯珠。灯珠结构只有0.6毫米见方,其中要封装至少三颗RGB LED晶体。这些晶体颗粒的尺寸不能显著大于300微米。甚至,为了达到更高的“纯黑面积比”,以实现高对比度,必须使用更小的LED晶体颗粒。

    而这些更小的晶体颗粒的封装过程,还需要保证“很好的LED晶体和支撑结构电气连接性能”、“电气连接结构不能占据LED晶体颗粒更多的表面面积”。满足以上条件的最好的封装工艺就是覆晶:将电路层封在中间,把光学层全部留给外部。

覆晶:改变小间距LED显示的又一个风口

    即便是COB工艺的小间距LED产品,即便是更大间距(比如p1.5)的COB小间距LED显示产品,小颗粒LED晶体覆晶技术以上的优势也依然存在。而且在LED晶体发光效率不断提升的背景下,采用更小的LED晶体颗粒就能满足显示像素的亮度需求——小颗粒的LED晶体则意味着低成本——覆晶工艺的必要性更是不断加强。

    另一方面,在提升小间距LED显示屏的视觉体验上,覆晶工艺也是必然的选择。传统LED显示的最大视觉效果问题是“像素颗粒化”——表贴工艺中,LED显示屏就是由颗粒性的像素构成的。显然,表贴工艺无论如何改变光学设计,还是无法根本克服视觉上像素颗粒化的问题。所以,COB技术突破单个灯珠的封装方式,而是采用CELL集合的方法一次性封装更多的“像素”,避免颗粒化的视觉效果。

    在COB封装中,索尼、三星格外强调自己采用的是100微米级别的LED颗粒。为何如此呢?因为,即便是COB封装,也必须依赖LED晶体颗粒的表面光学设计、LED晶体颗粒的体积更小等创新,才能最大成都上克服LED显示像素颗粒化的问题。而更小的LED晶体,则意味着覆晶工艺的巨大优势。

    所以,对于LED显示的核心技术方向:更小间距、更好视觉体验,这两点而言,覆晶都是很好的选择。更何况,未来的小间距LED屏一定是“小颗粒LED晶体”的时代。

    因为,在更小间距和像素上,MINI-LED晶体颗粒是必须的;在更高的纯黑面积上,MINI-led晶体颗粒也是必须的;在LED发光性能提升之后,MINI-LED颗粒还意味着成本优势。而更小的Mini-led晶体颗粒实现更高的电气连接稳定性、更好的光学设计、更高的晶体衬底光学裸露,覆晶倒装工艺都是良好的选择。且LED晶体颗粒越小,覆晶的优势也就越突出。

    当然,覆晶工艺不是一种独立存在的技术:表贴小间距的LED晶体颗粒也可以用覆晶工艺、COB小间距LED的晶体颗粒也可以用覆晶工艺、CoB+MINI-LED+覆晶工艺则被认为是行业第三代产品的主要技术组合。

    总之,小间距LED显示产业依然在“技术革新”的快速车道上。在一系列货架技术,比如COB、mini-led、覆晶等尚未普及的今天,行业必然能够看到未来产品的“迭代换新”。这样的产业格局下,如何在最新技术和产品上占据时间周期优势,将是小间距LED品牌们“长盛不衰”的关键所在。

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