- LED顯示屏技術(shù)現(xiàn)狀
- LED顯示屏發(fā)展?fàn)顩r
LED顯示屏是發(fā)光二極管主要應(yīng)用領(lǐng)域之一,近年來發(fā)展迅速。目前,LED顯示屏制作技術(shù)先進(jìn),售價低,國外公司很難在大陸競爭市場。據(jù)不完全統(tǒng)計,1998年我國LED顯示屏生產(chǎn)廠商有150多家,制造各類顯示屏約五萬平方米,實現(xiàn)產(chǎn)值14億元,LED產(chǎn)業(yè)取得了舉世矚目的成績。近年來,在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、制作技術(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量、量產(chǎn)水平、市場占有等方面,緊逼日本的態(tài)勢,在世界LED產(chǎn)業(yè)中緊挨美國、日本之后,位居世界第三。五年來,每年平均增長達(dá)20%以上,1997年臺灣十大光電產(chǎn)品中占第四位,產(chǎn)值18870百萬元新幣,EpistarCorp已經(jīng)開發(fā)成功用于全彩色燈和顯示器的紅色、綠色、藍(lán)色芯片,這些芯片光強(qiáng)超過70mcd。一家正在投產(chǎn)的公司,利用MOVPE技術(shù)生產(chǎn)InGaAlp超亮度的發(fā)光材料和芯片。臺灣有七家生產(chǎn)LED芯片的公司,生產(chǎn)各色傳統(tǒng)芯片,占世界產(chǎn)量的七成以上。
發(fā)光二極管的應(yīng)用十分普遍,由于工作電壓低、耗電省、色彩豐富、價格低,因而受到電氣工程師和科研人員的歡迎。早期,傳統(tǒng)的產(chǎn)品發(fā)光效率低,光強(qiáng)一般幾個到幾十個mcd,適宜使用在室內(nèi)場合,在家電、儀器儀表、通訊設(shè)備、微機(jī)及玩具等方面應(yīng)用。由于應(yīng)用技術(shù)日趨發(fā)展,傳統(tǒng)產(chǎn)品出現(xiàn)新的應(yīng)用商機(jī),正在流行的LED圣誕燈,由于造型新穎,有鴨嘴型圣誕燈、多彩球型燈、珠廉窗燈,而且色彩豐富,不易碎破,低壓使用的安全性,近期在香港等東南亞地區(qū)銷勢強(qiáng)勁,受到人們普遍的歡迎,正在威脅和替代現(xiàn)有閃電燈泡的圣誕市場。
一種受到兒童歡迎的閃光鞋,利用走睡時LED閃爍發(fā)光,非常醒目,既有單色光、也有雙色光。在工業(yè)產(chǎn)品方面,發(fā)光二極管型AD11指示燈在電源柜上普遍使用,種產(chǎn)品采用多芯片集成組成光源,有紅黃綠三種顏色,經(jīng)電容降壓后,可以使用220V、280V電源,江蘇一家制造商介紹,該公司年銷售達(dá)到10M只以上,每年需要(200~300)MLED芯片,市場還有擴(kuò)張的潛力。由于主動發(fā)光指示清晰,壽命長,耗電少等特點(diǎn),很受用戶歡迎,不久可以全部替代電泡型AD11產(chǎn)品??傊瑐鹘y(tǒng)發(fā)光二極管的市場不僅會隨著原有應(yīng)用面產(chǎn)品的成長而提升,而且新的應(yīng)用面開拓了市場商機(jī)。
先進(jìn)的發(fā)光管
隨著新材料及半導(dǎo)體工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,自1994年起以新型可見光材料InGaAlP和InGaN為主流,實現(xiàn)了高亮度、多色化,加之封裝技術(shù)的改進(jìn),顯示信息大型化,出現(xiàn)了LED產(chǎn)品新的應(yīng)用領(lǐng)域,帶來了更多的市場商機(jī)。這些產(chǎn)品使得LED應(yīng)用由室內(nèi)使用提升到戶外使用,能在陽光強(qiáng)烈的場合下清晰顯示,發(fā)光效率極高,光強(qiáng)超過1000mcd,同時滿足了全彩色顯示和便攜產(chǎn)品低功耗要求。這些先進(jìn)的發(fā)光管包括以下各種類型。
(1)藍(lán)色、綠色發(fā)光二極管
藍(lán)色LED材料有碳化硅(Suc)、氮化鎵(GaN)及銦氮鎵(InGaN)三元材料等。采用InGaN/AlGaN結(jié)構(gòu)制成的藍(lán)色發(fā)光燈峰值波長470nm,法向光強(qiáng)達(dá)到2000mcd;綠色發(fā)光燈峰值波長520nm,法向光強(qiáng)可達(dá)5000mcd。其中,還有峰值波長500nm的藍(lán)綠色(交通綠)發(fā)光燈,在藍(lán)色發(fā)光的基礎(chǔ)上,包封時在其芯片上添加幾mg的螢光物質(zhì)轉(zhuǎn)換成白色,白光二極管是微型白熾燈的最佳替代品,價格雖比電泡貴,但不易破碎,更加省電,工作時幾乎不發(fā)熱,可以連續(xù)照明10多年,這些產(chǎn)品在日本、德國、美國及臺灣等著名的光電子公司生產(chǎn)并推向市場。
(2)新穎的四次元發(fā)光二極管
八十年代后期開發(fā)上市的GaAlAs材料,制成紅色發(fā)光管,首先實現(xiàn)超高亮度的要求,發(fā)光強(qiáng)度超過1000mcd,但是光衰較大,因此應(yīng)用范圍受到限制。九十年代開發(fā)成功的InGaAlP四次元材料,制成產(chǎn)品可以獲得紅、橙、黃、琥珀四種顏色,發(fā)光效率極高,并且高溫性能很好,是戶外使用的理想產(chǎn)品。
(3)新品種LED及功率發(fā)光二極管
工作電流為70mA,發(fā)出極強(qiáng)的光束,視角較大,一般為(40~70)度,用于汽車標(biāo)志燈;貼片式(SMD)LED在小電流下工作;一般為(1~2)mA,有足夠亮度,可節(jié)省便攜式產(chǎn)品的耗電量;恒壓發(fā)光二極管,制作時將電阻封裝在內(nèi)部,使用時不需限流電阻,一般工作在12V以下,使用者十分方便,同樣在封裝時封進(jìn)一塊集成電路,一般在5V以下工作,當(dāng)通電時會閃爍發(fā)光,可以作為狀態(tài)顯示,使用也很方便。這種集群LED芯片、器件、元件可以制成發(fā)光模塊,實現(xiàn)特定的功能要求,利用LED多芯片的集群組成多彩色燈具,典型的紅、綠、藍(lán)三色可以組成全色燈,在三色中間交合處呈現(xiàn)白色光。
這些新器件的出現(xiàn),拓展了LED的應(yīng)用領(lǐng)域。首先是交通訊號顯示光源的應(yīng)用,具有抗震耐沖擊,光響應(yīng)速度快,省電壽命長等特點(diǎn);其次是汽車工業(yè)的應(yīng)用,汽車使用白熾燈不耐振動撞擊,易損壞,使用壽命短,經(jīng)常需要更換,1987年開始,我國開始在汽車上安裝高位剎車燈,由于LED響應(yīng)速度快,可以及早提醒司機(jī)剎車,減少汽車追尾事故,增加安全性,在汽車儀表板及各種照明部分的光源,都可有超高亮度發(fā)光燈來擔(dān)當(dāng),在發(fā)達(dá)國家,使用LED制造的中央后置高位剎車燈已成為汽車的標(biāo)準(zhǔn)件,美國HP公司在1996年推出的LED汽車尾燈模組可以隨意組合成各種汽車尾燈;
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第三是LED背光源,特別是高效側(cè)部發(fā)光的背光源最為引人注目,LED作為LCD背光源應(yīng)用,具有壽命長,出光效率高,無干擾和性價比高等特點(diǎn),有電子手表、手機(jī)、BP機(jī)、電子計算器、刷卡機(jī)等廣泛應(yīng)用,隨著便攜電子產(chǎn)品日趨小型化,LED背光源更具優(yōu)勢,在手機(jī)中都選用LED背光源,因此背光源制作技術(shù)將向更薄型、低功耗、均勻一致方面發(fā)展,LED側(cè)部背光板的厚度可做到0.7mm~3.5mm,出光效率達(dá)到50%~70%,并且有綠色、紅色、藍(lán)色及各種混合色隨客戶選用,不久可能出現(xiàn)厚度相同于EL的超薄背光源;
第四是人們最感興趣的LED照明光源,直接目標(biāo)是LED光源替代白熾燈和螢光燈,這種趨勢已從局部領(lǐng)域和由小到大開始替代,日本通產(chǎn)省號召全國節(jié)約能源,正在計劃替代白熾燈的發(fā)光二極管項目(稱為照亮日本的項目),頭五年的預(yù)算為50億日元,如果LED替代半數(shù)的白熾燈和螢光燈,每年可節(jié)約相當(dāng)于60億升原油的能源(相當(dāng)于五個1.35×106kW核電站的發(fā)電量),并可減少二氧化碳和其它溫室氣體的產(chǎn)生,改善人們生活居住的環(huán)境,因此人們正面臨照明變革,期待LED給人們帶來福音。
由于發(fā)光二極管產(chǎn)業(yè)不斷涌現(xiàn)新技術(shù)、新產(chǎn)品、新的應(yīng)用,呈現(xiàn)了朝陽工業(yè)的欣欣向榮的景象,LED產(chǎn)業(yè)會得到持續(xù)發(fā)展。
①制造廠商會在超高亮、全彩色技術(shù)面擴(kuò)張投資,提升產(chǎn)能,從業(yè)人員會有增加,我國(包括臺灣和香港地區(qū))將成為世界LED的主要產(chǎn)地,預(yù)計占世界總量的六成以上,五年之后產(chǎn)值達(dá)到七十億元,超高亮度LED會有30%速度增長,而傳統(tǒng)LED也會以5%~10%的速度增長。
②目前,許多色別的發(fā)光二極管都達(dá)到燭光級水平,隨著器件結(jié)構(gòu)的改進(jìn);發(fā)光效率的飛速提高;今后LED發(fā)展的主流是照明光源;開始在一些領(lǐng)域取代白熾燈,期間會與其它光源互補(bǔ)、并存、共同發(fā)展,人們面臨著照明光源的變革,有人預(yù)言LED是21世紀(jì)的照明光源。
③世界光電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展推動應(yīng)用領(lǐng)域的變化發(fā)展,隨著LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展會有更多的資金投向LED的研究和生產(chǎn)。因此,現(xiàn)有超高亮度、藍(lán)色、綠色LED的技術(shù)為少數(shù)廠商壟斷將會突破,預(yù)計產(chǎn)品成本會有大幅度的下降,從而促進(jìn)市場再開發(fā),應(yīng)用的再拓展。
可以相信,半導(dǎo)體發(fā)光技術(shù)不會被其它技術(shù)產(chǎn)品取代,而且會繼續(xù)沿著原來的軌道向前發(fā)展。
LED市場前景
LED是近幾年來迅速崛起的半導(dǎo)體光電器件,它具有體積小、重量輕、電壓低、電流小、亮度高和發(fā)光響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn),容易與晶體管和集成電路配套使用,可以在許多領(lǐng)域得到應(yīng)用,因而在全球市場上十分走俏。LED技術(shù)在近年來不斷獲得新的突破,應(yīng)用范圍不斷拓寬,已成為極具發(fā)展?jié)摿Φ碾娮赢a(chǎn)品之一。計算機(jī)顯示屏已經(jīng)普遍采用液晶顯示。有源矩陣液晶顯示器是當(dāng)前已經(jīng)大量生產(chǎn)的產(chǎn)品,可以顯示色彩豐富的電視圖像,但需要較暗的背景,視角較小,尤其是用它制造大尺寸顯示屏的成本較高,因此,發(fā)光二極管將成為一種更佳的平面顯示器件。目前,發(fā)光二極管的年銷售量已超過20億美元,到2003年有望突破50億美元大關(guān),全球LED市場前景廣闊,吸引了諸多廠商參與LED新產(chǎn)品的開發(fā)生產(chǎn),市場競爭日趨激烈。
高亮度紅光(GaAs和GaAsP)和黃光(InAlGaP)發(fā)光二極管(LED)早已大量生產(chǎn),長期以來因缺少高亮度的藍(lán)光與綠光而難以呈現(xiàn)豐富的色彩,近年來高亮度的藍(lán)光與綠光發(fā)光二極管技術(shù)大有進(jìn)步,產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高,給LED市場增光添彩。
廠商們開發(fā)的Ⅲ-V族如鋁、銦、鎵的氮化物AlN、InN、GaN等,其能帶隙寬為(1.9~6.2)eV,能夠產(chǎn)生綠光、藍(lán)光和紫外光,成為制造LED的極佳材料。除了以上幾種氮化物外,對Ⅱ-Ⅵ族材料也進(jìn)行了研究。主要是用硒化鋅ZnSe制造多層異質(zhì)結(jié)構(gòu)可發(fā)出藍(lán)綠光,實際上器件襯底都用GaAs,因其晶格與ZnSe較匹配,也較易購得到3吋直徑的片子。美國廠商曾開發(fā)出以ZnSe為襯底,ZnTeSe為有源層的發(fā)光二極管,輸出512nm深綠光,而ZnSe不像GaAs,它對該波長的光是透明的,加上10mA電流時可獲得1.3mW,即外部量子效率達(dá)5.3%,因而其亮度比用Ⅲ-Ⅴ族氮化物制造的LED亮度更高。此外,Ⅲ-Ⅴ族氮化物L(fēng)ED已有較長的壽命試驗記錄,它比GaAs材料更硬、尤其適合于制作耐高溫器件。
在各種制造LED的材料當(dāng)中,尤其以氮化鎵(GaN)為代表的第三代半導(dǎo)體材料最為引人注目。GaN發(fā)光效率高,抗輻射性能和耐熱性能極佳,強(qiáng)度和硬度高,并且耐酸性強(qiáng),是一種極具應(yīng)用價值的半導(dǎo)體材料。因此,氮化鎵材料及其合金最適宜于制造短波長發(fā)光器件,發(fā)光波長范圍包括綠、藍(lán)、紫等多種波段,普遍用來制造藍(lán)光和綠光LED。引人注目的是,在藍(lán)光LED技術(shù)的基礎(chǔ)上,以藍(lán)光激發(fā)YAG熒光材料而制造成功的白光LED漸成新寵,深受廣大用戶歡迎,有望成為照明領(lǐng)域的一支新軍。因此,目前在全球LED市場上,藍(lán)、綠、白光LED正在開始形成三足鼎立的態(tài)勢,成為最具發(fā)展?jié)摿Φ腖ED產(chǎn)品。
中國LED蓬勃發(fā)展
中國在LED領(lǐng)域的研究開發(fā)工作成績斐然。目前我國的普綠和高亮度純紅LED已經(jīng)基本實現(xiàn)商品化,但是,高亮度的純藍(lán)、純綠LED在我國尚屬空白。目前,世界上只有美國Cree公司和日本Nichia公司等少數(shù)幾家廠商能夠生產(chǎn)藍(lán)光和綠光LED。我國國家光電子工藝中心正在從事以Ⅲ~Ⅴ族半導(dǎo)體量子阱結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的新一代光電子器件研究開發(fā),承擔(dān)國家863計劃項目“藍(lán)光LED研制和產(chǎn)業(yè)化技術(shù)”;我國方大集團(tuán)與科研院所合作,率先在我國將第三代半導(dǎo)體材料(GaN)用來研制LED,將綠光LED、白光LED等科研成果實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。該集團(tuán)首期將投資8000萬元,形成年產(chǎn)1.2億支藍(lán)光LED的生產(chǎn)能力,在LED市場上重拳出擊。近幾年來,我國LED顯示屏的生產(chǎn)已經(jīng)逐步形成行業(yè)規(guī)模,市場規(guī)模每年約為(3.5~4)億人民幣。
我國臺灣省LED產(chǎn)業(yè)非常發(fā)達(dá),早在上世紀(jì)90年代初已經(jīng)名列世界第三位。目前臺灣LED產(chǎn)品市場占有率已達(dá)28%,超過了美國,位居世界LED市場第二位,產(chǎn)品80%以上外銷,主要銷往韓國、日本、美國和歐洲等地。目前臺灣LED業(yè)主要是向全彩化、高亮度和大型化的方向發(fā)展。
近年來,LED顯示屏的關(guān)鍵控制技術(shù)隨著超大規(guī)模集成電路(VLSI)的發(fā)展而日趨完善,EPLD、DSP以及FPGA已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用,一些廠商正在研發(fā)專用的LED控制集成電路。LED顯示屏與LCD、PDP等同類平板顯示屏產(chǎn)品比較,由于LED產(chǎn)品具有性能穩(wěn)定、壽命較長、功耗較小以及價格低廉等優(yōu)勢,因此在各種實際應(yīng)用中具有較強(qiáng)的市場競爭力,其市場前景十分廣闊。