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LED顯示屏技術(shù)?

針對(duì)LED顯示屏技術(shù)的現(xiàn)狀，筆者對(duì)LED產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)展方向及市場(chǎng)前景等: 問(wèn) 提問(wèn)者：網(wǎng)友 | 2017-10-30

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　　LED顯示屏是發(fā)光二極管主要應(yīng)用領(lǐng)域之一，近年來(lái)發(fā)展迅速。目前，LED顯示屏制作技術(shù)先進(jìn)，售價(jià)低，國(guó)外公司很難在大陸競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，1998年我國(guó)LED顯示屏生產(chǎn)廠(chǎng)商有150多家，制造各類(lèi)顯示屏約五萬(wàn)平方米，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值14億元，LED產(chǎn)業(yè)取得了舉世矚目的成績(jī)。近年來(lái)，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(chǎng)占有等方面，緊逼日本的態(tài)勢(shì)，在世界LED產(chǎn)業(yè)中緊挨美國(guó)、日本之后,位居世界第三。五年來(lái)，每年平均增長(zhǎng)達(dá)20%以上，1997年臺(tái)灣十大光電產(chǎn)品中占第四位，產(chǎn)值18870百萬(wàn)元新幣，Epistar Corp已經(jīng)開(kāi)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(guò)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(tái)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?！　“l(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(jià)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(gè)到幾十個(gè)mcd，適宜使用在室內(nèi)場(chǎng)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(xiāo)勢(shì)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(chǎng)。一種受到兒童歡迎的閃光鞋，利用走睡時(shí)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(xiāo)售達(dá)到10M只以上，每年需要（200~300）M LED芯片，市場(chǎng)還有擴(kuò)張的潛力。由于主動(dòng)發(fā)光指示清晰，壽命長(zhǎng)，耗電少等特點(diǎn)，很受用戶(hù)歡迎，不久可以全部替代電泡型AD11產(chǎn)品?？傊?，傳統(tǒng)發(fā)光二極管的市場(chǎng)不僅會(huì)隨著原有應(yīng)用面產(chǎn)品的成長(zhǎng)而提升，而且新的應(yīng)用面開(kāi)拓了市場(chǎng)商機(jī)。　　2 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(jiàn)光材料InGaAlP和InGaN為主流，實(shí)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(lái)了更多的市場(chǎng)商機(jī)。這些產(chǎn)品使得LED應(yīng)用由室內(nèi)使用提升到戶(hù)外使用，能在陽(yáng)光強(qiáng)烈的場(chǎng)合下清晰顯示，發(fā)光效率極高，光強(qiáng)超過(guò)1000mcd，同時(shí)滿(mǎn)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(lèi)型?！　。?）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(zhǎng)470nm，法向光強(qiáng)達(dá)到2000mcd；綠色發(fā)光燈峰值波長(zhǎng)520nm，法向光強(qiáng)可達(dá)5000mcd。其中，還有峰值波長(zhǎng)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(shí)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(jià)格雖比電泡貴，但不易破碎，更加省電，工作時(shí)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(guó)、美國(guó)及臺(tái)灣等著名的光電子公司生產(chǎn)并推向市場(chǎng)?！　。?）新穎的四次元發(fā)光二極管　　八十年代后期開(kāi)發(fā)上市的GaAlAs材料，制成紅色發(fā)光管，首先實(shí)現(xiàn)超高亮度的要求，發(fā)光強(qiáng)度超過(guò)1000mcd，但是光衰較大,因此應(yīng)用范圍受到限制。九十年代開(kāi)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(hù)外使用的理想產(chǎn)品?！　。?）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(chē)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(shí)將電阻封裝在內(nèi)部，使用時(shí)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(shí)封進(jìn)一塊集成電路，一般在5V以下工作，當(dāng)通電時(shí)會(huì)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(shí)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?！　∵@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(hào)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(zhǎng)等特點(diǎn)；其次是汽車(chē)工業(yè)的應(yīng)用，汽車(chē)使用白熾燈不耐振動(dòng)撞擊，易損壞，使用壽命短，經(jīng)常需要更換，1987年開(kāi)始，我國(guó)開(kāi)始在汽車(chē)上安裝高位剎車(chē)燈，由于LED響應(yīng)速度快，可以及早提醒司機(jī)剎車(chē)，減少汽車(chē)追尾事故，增加安全性，在汽車(chē)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(lái)?yè)?dān)當(dāng)，在發(fā)達(dá)國(guó)家，使用LED制造的中央后置高位剎車(chē)燈已成為汽車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)件，美國(guó)HP公司在1996年推出的LED汽車(chē)尾燈模組可以隨意組合成各種汽車(chē)尾燈；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L(zhǎng)CD背光源應(yīng)用，具有壽命長(zhǎng)，出光效率高，無(wú)干擾和性?xún)r(jià)比高等特點(diǎn)，有電子手表、手機(jī)、BP機(jī)、電子計(jì)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(shì)，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(hù)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(shì)已從局部領(lǐng)域和由小到大開(kāi)始替代，日本通產(chǎn)省號(hào)召全國(guó)節(jié)約能源，正在計(jì)劃替代白熾燈的發(fā)光二極管項(xiàng)目(稱(chēng)為照亮日本的項(xiàng)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(gè)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(lái)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(yáng)工業(yè)的欣欣向榮的景象，LED產(chǎn)業(yè)會(huì)得到持續(xù)發(fā)展?！　、?制造廠(chǎng)商會(huì)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(huì)有增加，我國(guó)(包括臺(tái)灣和香港地區(qū))將成為世界LED的主要產(chǎn)地，預(yù)計(jì)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(huì)有30%速度增長(zhǎng)，而傳統(tǒng)LED也會(huì)以5%~10%的速度增長(zhǎng)?！　、?目前，許多色別的發(fā)光二極管都達(dá)到燭光級(jí)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(kāi)始在一些領(lǐng)域取代白熾燈，期間會(huì)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L(fǎng)ED是21世紀(jì)的照明光源?！　、?世界光電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展推動(dòng)應(yīng)用領(lǐng)域的變化發(fā)展，隨著LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展會(huì)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(chǎng)商壟斷將會(huì)突破，預(yù)計(jì)產(chǎn)品成本會(huì)有大幅度的下降，從而促進(jìn)市場(chǎng)再開(kāi)發(fā)，應(yīng)用的再拓展?！　】梢韵嘈?，半導(dǎo)體發(fā)光技術(shù)不會(huì)被其它技術(shù)產(chǎn)品取代，而且會(huì)繼續(xù)沿著原來(lái)的軌道向前發(fā)展。　　3 LED市場(chǎng)前景　　LED是近幾年來(lái)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(chǎng)上十分走俏。LED技術(shù)在近年來(lái)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(jì)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(xiāo)售量已超過(guò)20億美元，到2003年有望突破50億美元大關(guān)，全球LED市場(chǎng)前景廣闊,吸引了諸多廠(chǎng)商參與LED新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(zhǎng)期以來(lái)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(lái)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(chǎng)增光添彩?！　S(chǎng)商們開(kāi)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(duì)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(shí)際上器件襯底都用GaAs，因其晶格與ZnSe較匹配，也較易購(gòu)得到3吋直徑的片子。美國(guó)廠(chǎng)商曾開(kāi)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(duì)該波長(zhǎng)的光是透明的，加上10mA電流時(shí)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(zhǎng)的壽命試驗(yàn)記錄，它比GaAs材料更硬、尤其適合于制作耐高溫器件?！　≡诟鞣N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(jià)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(zhǎng)發(fā)光器件，發(fā)光波長(zhǎng)范圍包括綠、藍(lán)、紫等多種波段，普遍用來(lái)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(hù)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(chǎng)上，藍(lán)、綠、白光LED正在開(kāi)始形成三足鼎立的態(tài)勢(shì)，成為最具發(fā)展?jié)摿Φ腖ED產(chǎn)品。　　4 中國(guó)LED蓬勃發(fā)展　　中國(guó)在LED領(lǐng)域的研究開(kāi)發(fā)工作成績(jī)斐然。目前我國(guó)的普綠和高亮度純紅LED已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)商品化，但是，高亮度的純藍(lán)、純綠LED在我國(guó)尚屬空白。目前，世界上只有美國(guó)Cree公司和日本Nichia公司等少數(shù)幾家廠(chǎng)商能夠生產(chǎn)藍(lán)光和綠光LED。我國(guó)國(guó)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(kāi)發(fā)，承擔(dān)國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目“藍(lán)光LED研制和產(chǎn)業(yè)化技術(shù)”；我國(guó)方大集團(tuán)與科研院所合作，率先在我國(guó)將第三代半導(dǎo)體材料(GaN)用來(lái)研制LED，將綠光LED、白光LED等科研成果實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。該集團(tuán)首期將投資8000萬(wàn)元，形成年產(chǎn)1.2億支藍(lán)光LED的生產(chǎn)能力，在LED市場(chǎng)上重拳出擊。近幾年來(lái)，我國(guó)LED顯示屏的生產(chǎn)已經(jīng)逐步形成行業(yè)規(guī)模，市場(chǎng)規(guī)模每年約為（3.5~4）億人民幣?！　∥覈?guó)臺(tái)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(tái)灣LED產(chǎn)品市場(chǎng)占有率已達(dá)28%，超過(guò)了美國(guó)，位居世界LED市場(chǎng)第二位，產(chǎn)品80%以上外銷(xiāo)，主要銷(xiāo)往韓國(guó)、日本、美國(guó)和歐洲等地。目前臺(tái)灣LED業(yè)主要是向全彩化、高亮度和大型化的方向發(fā)展?！　〗陙?lái)，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(chǎng)商正在研發(fā)專(zhuān)用的LED控制集成電路。LED顯示屏與LCD、PDP等同類(lèi)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(zhǎng)、功耗較小以及價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)，因此在各種實(shí)際應(yīng)用中具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，其市場(chǎng)前景十分廣闊?！?: 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