淺談Mini RGB顯示COB技術和IMD技術難題

隨著LED技術進步與市場需求增多,以Mini/Micro LED為代表的新型顯示技術應運而生。自新概念提出以來,Mini/Micro LED一直處於聚光燈之下,近兩年來掀起一波又一波的浪潮。雖然Micro LED(<100μm)是新型顯示時代的終極目標,但由於巨大的技術瓶頸問題,對於大部分廠商來說,目前尚不可及。而Mini LED(100μm—300μm)作為Micro LED的前哨站,技術相對較成熟。2018年下半年開始,相關廠商相繼推出新產品,其中,有些產品在送樣佈局階段,也有些產品已小量或批量生產。

(圖片來源:Pixabay)

具體來看,Mini LED的應用分為兩種:背光和RGB顯示應用。現階段,由於技術難度和成本問題,Mini RGB顯示產品相對較少。從產業鏈來看,材料、設備、晶片、驅動IC、PCB設計、封裝等各個環節都面臨新的技術難題。從技術本身來看,主要是效率、良率、一致性和可靠性的問題。

從晶片端看,由於尺寸微縮化,晶片使用量大大提高,晶片的生產和檢測等過程都存在高難度和效率低下的問題。而且,Mini LED顯示產品對晶片的電流和顏色等的一致性和可靠性要求很高。另外,紅光倒裝晶片的技術難度大,晶片轉移過程的良率和可靠性仍不高。

從封裝端看,錫膏等材料的選擇和固晶機的精度等也需要不斷突破。效率、良率與成本息息相關,每一個環節都面臨技術難題。同時,顯示幕對畫質和顯示效果要求極高,而封裝表面的處理工藝不同,圖元間也存在光色差異,容易導致混光不一致,校正難度高等問題,進而影響高品質顯示效果。

Mini LED封裝主要包括COB(Chip on Board)技術和IMD(Integrated Mounted Devices)集合封裝技術兩種方案。COB技術是將LED晶片直接封裝到模組基板上,再對每個大單元進行整體模封。而IMD技術(N合1)則是將兩組、四組或六組RGB燈珠集成封裝在一個小單元中。

採用COB方案的廠商主要有雷曼光電、希達電子和鴻利智匯。其中,希達電子錶示,Mini COB封裝技術的難題主要體現在光學一致性和PCB板墨色一致性兩個方面,該公司在光學一致性校正上取得成效。同時,隨著工藝技術的進步,其PCB板墨色一致性不斷提升。產品包括正裝晶片和全面倒裝晶片兩個系列,目前一次性生產良率已接近100%。

除了良率和PCB墨色一致性問題,模組之間的縫隙也是技術難題之一。今年推出P0.7mm Mini LED產品的鴻利智匯就表示實現無縫拼接也是COB技術的一個難點,如果模組或單元之間的間隙太大,顯示效果和整體美觀都會受影響。鴻利智匯目前從工藝的優化以及設備的改良上均實現突破,產品一致性、良率,效率上都獲得了長足的進步,預期產品在今年Q3至Q4正式推出。該公司認為,相較常規產品,COB封裝的優點包括功率低,散熱效果好,色彩飽和度高,解析度更高清,螢幕尺寸無限制等。但其局限就在於良率不好會造成極高的成本。

現階段,相比COB技術,RGB顯示市場上採用IMD技術的廠商占多數,例如宏齊、國星光電、晶台光電、東山精密及兆馳股份等。

在Mini LED封裝產品生產過程中,晶台光電強調圖元間的混光一致性和表面一致性的問題,IMD器件對Mini LED晶元光电性能的一致性提出了更高的要求。來料晶片的差異較大,會導致顯示花屏。並且,因封裝的表面處理工藝不同,即使保證了晶片的一致性,同樣會導致出光效果差異較大。同時,由於SMT技術的局限性,P0.7mm以下間距的產品基本難以實現量產。此外,隨著間距微縮化,產品綜合成本升高。目前,晶台光電的首款Mini LED產品蜂鳥MAX將貼片效率提升了一倍,通過新的表面處理技術,解決了表面一致性問題,單圖元顯示效果也能夠保持一致。

近年來在小間距顯示幕和Mini LED技術不斷加大研發投入的兆馳股份認為,IMD也可以看成一個小的COB單元,所面臨的技術難題與COB封裝技術相似,但難度有所降低。目前市場上有正裝和倒裝IMD方案,相比之下,倒裝技術難度更高,但可靠性更好。該公司主要研發倒裝技術和CSP技術,現已通過精細化的技術控制在Mini倒裝4合1方案上取得進步,去年就已進入量產階段。相比COB技術,IMD技術提升了應用端的貼裝效率,提升了晶片RGB的封裝可靠性。但該公司也指出,隨著間距不斷縮小,IMD方案存在一定的物理極限,無法無限縮小圖元間距。

從應用端來看,顯示幕廠商奧拓電子錶示,Mini LED IMD是在傳統SMD成熟工藝基礎上巧妙創新的產物,所以良率本身沒有問題,產品的魯棒性和可靠性也大大提升。一致性方面,該公司專利的溝槽設計及特別的校正技術能夠解決COB及GOB技術難以逾越的實際問題。

洲明科技則認為,對小廠而言,採用IMD方案降低了生產難度,良品率會有所提升,對於實力比較強的大廠而言,良率則基本一樣。但從顯示效果來看,IMD產品一致性微低於單顆封裝燈珠的一致性。因為IMD方案中,波長可能比以前多1-2 nm左右。亮度比方面,IMD方案的比值更大(約1:1.4或1:1.5)。因此,從不同角度看,整屏的均勻性和一致性均較弱。例如,採用4合1方案的顯示幕會常出現以4個圖元為單位(即一個封裝體)的偏色,稍微偏一點角度看就能發現這個問題。直觀而言,整屏顆粒感較強,一致性稍差。

總的來說,Mini LED技術難題正在不斷突破中。LEDinside將於8月22日聯合CNLED網和WitsView於深圳舉辦2019新型顯示產業研討會,屆時分析師和行業專家也會對現階段Mini LED晶片和封裝設備等方面的技術問題進行分析和探討,還將特別舉辦微型LED顯示前沿技術 & 資本對接會,提供一對一溝通交流的機會。現報名通道已打開,LEDinside邀您一起探討Mini LED技術難題的解決方案!(文:LEDinside Janice)
 

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