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LED顯示屏技術?

針對LED顯示屏技術的現狀，筆者對LED產品的應用領域、發展方向及市場前景等: 問提問者：網友 | 2017-10-30

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　　LED顯示屏是發光二極管主要應用領域之一，近年來發展迅速。目前，LED顯示屏制作技術先進，售價低，國外公司很難在大陸競爭市場。據不完全統計，1998年我國LED顯示屏生產廠商有150多家，制造各類顯示屏約五萬平方米，實現產值14億元，LED產業取得了舉世矚目的成績。近年來，在產品結構、制作技術、產品質量、量產水平、市場占有等方面，緊逼日本的態勢，在世界LED產業中緊挨美國、日本之后,位居世界第三。五年來，每年平均增長達20%以上，1997年臺灣十大光電產品中占第四位，產值18870百萬元新幣，Epistar Corp已經開發成功用于全彩色燈和顯示器的紅色、綠色、藍色芯片，這些芯片光強超過70mcd。一家正在投產的公司，利用MOVPE技術生產InGaAlp超亮度的發光材料和芯片。臺灣有七家生產LED芯片的公司,生產各色傳統芯片，占世界產量的七成以上。　　發光二極管的應用十分普遍，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，傳統的產品發光效率低，光強一般幾個到幾十個mcd，適宜使用在室內場合，在家電、儀器儀表、通訊設備、微機及玩具等方面應用。由于應用技術日趨發展，傳統產品出現新的應用商機，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銷勢強勁，受到人們普遍的歡迎，正在威脅和替代現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閃爍發光，非常醒目，既有單色光、也有雙色光。在工業產品方面，發光二極管型AD11指示燈在電源柜上普遍使用，種產品采用多芯片集成組成光源，有紅黃綠三種顏色，經電容降壓后，可以使用220V、280V電源，江蘇一家制造商介紹，該公司年銷售達到10M只以上，每年需要（200~300）M LED芯片，市場還有擴張的潛力。由于主動發光指示清晰，壽命長，耗電少等特點，很受用戶歡迎，不久可以全部替代電泡型AD11產品。總之，傳統發光二極管的市場不僅會隨著原有應用面產品的成長而提升，而且新的應用面開拓了市場商機。　　2 先進的發光管　　隨著新材料及半導體工業技術的發展，自1994年起以新型可見光材料InGaAlP和InGaN為主流，實現了高亮度、多色化，加之封裝技術的改進，顯示信息大型化，出現了LED產品新的應用領域，帶來了更多的市場商機。這些產品使得LED應用由室內使用提升到戶外使用，能在陽光強烈的場合下清晰顯示，發光效率極高，光強超過1000mcd，同時滿足了全彩色顯示和便攜產品低功耗要求。這些先進的發光管包括以下各種類型。　　（1）藍色、綠色發光二極管　　藍色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結構制成的藍色發光燈峰值波長470nm，法向光強達到2000mcd；綠色發光燈峰值波長520nm，法向光強可達5000mcd。其中，還有峰值波長500nm的藍綠色(交通綠)發光燈，在藍色發光的基礎上，包封時在其芯片上添加幾mg的螢光物質轉換成白色，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，工作時幾乎不發熱，可以連續照明10多年，這些產品在日本、德國、美國及臺灣等著名的光電子公司生產并推向市場。　　（2）新穎的四次元發光二極管　　八十年代后期開發上市的GaAlAs材料，制成紅色發光管，首先實現超高亮度的要求，發光強度超過1000mcd，但是光衰較大,因此應用范圍受到限制。九十年代開發成功的InGaAlP四次元材料，制成產品可以獲得紅、橙、黃、琥珀四種顏色,發光效率極高，并且高溫性能很好，是戶外使用的理想產品。　　（3）新品種LED及功率發光二極管　　工作電流為70mA,發出極強的光束，視角較大，一般為（40~70）度，用于汽車標志燈；貼片式(SMD)LED在小電流下工作；一般為（1~2）mA，有足夠亮度,可節省便攜式產品的耗電量；恒壓發光二極管，制作時將電阻封裝在內部，使用時不需限流電阻，一般工作在12V以下，使用者十分方便，同樣在封裝時封進一塊集成電路，一般在5V以下工作，當通電時會閃爍發光，可以作為狀態顯示,使用也很方便。這種集群LED芯片、器件、元件可以制成發光模塊，實現特定的功能要求，利用LED多芯片的集群組成多彩色燈具，典型的紅、綠、藍三色可以組成全色燈，在三色中間交合處呈現白色光。　　這些新器件的出現，拓展了LED的應用領域。首先是交通訊號顯示光源的應用，具有抗震耐沖擊，光響應速度快，省電壽命長等特點；其次是汽車工業的應用，汽車使用白熾燈不耐振動撞擊，易損壞，使用壽命短，經常需要更換，1987年開始，我國開始在汽車上安裝高位剎車燈，由于LED響應速度快，可以及早提醒司機剎車，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，都可有超高亮度發光燈來擔當，在發達國家，使用LED制造的中央后置高位剎車燈已成為汽車的標準件，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；第三是LED背光源，特別是高效側部發光的背光源最為引人注目，LED作為LCD背光源應用，具有壽命長，出光效率高，無干擾和性價比高等特點，有電子手表、手機、BP機、電子計算器、刷卡機等廣泛應用，隨著便攜電子產品日趨小型化，LED背光源更具優勢，在手機中都選用LED背光源，因此背光源制作技術將向更薄型、低功耗、均勻一致方面發展，LED側部背光板的厚度可做到0.7mm~3.5mm，出光效率達到50%~70%，并且有綠色、紅色、藍色及各種混合色隨客戶選用，不久可能出現厚度相同于EL的超薄背光源；第四是人們最感興趣的LED照明光源，直接目標是LED光源替代白熾燈和螢光燈，這種趨勢已從局部領域和由小到大開始替代，日本通產省號召全國節約能源，正在計劃替代白熾燈的發光二極管項目(稱為照亮日本的項目)，頭五年的預算為50億日元，如果LED替代半數的白熾燈和螢光燈，每年可節約相當于60億升原油的能源（相當于五個1.35×106kW核電站的發電量），并可減少二氧化碳和其它溫室氣體的產生，改善人們生活居住的環境，因此人們正面臨照明變革，期待LED給人們帶來福音。　　由于發光二極管產業不斷涌現新技術、新產品、新的應用，呈現了朝陽工業的欣欣向榮的景象，LED產業會得到持續發展。　　① 制造廠商會在超高亮、全彩色技術面擴張投資，提升產能，從業人員會有增加，我國(包括臺灣和香港地區)將成為世界LED的主要產地，預計占世界總量的六成以上，五年之后產值達到七十億元，超高亮度LED會有30%速度增長，而傳統LED也會以5%~10%的速度增長。　　② 目前，許多色別的發光二極管都達到燭光級水平，隨著器件結構的改進；發光效率的飛速提高；今后LED發展的主流是照明光源；開始在一些領域取代白熾燈，期間會與其它光源互補、并存、共同發展，人們面臨著照明光源的變革，有人預言LED是21世紀的照明光源。　　③ 世界光電子產業的發展推動應用領域的變化發展，隨著LED產業的發展會有更多的資金投向LED的研究和生產。因此，現有超高亮度、藍色、綠色LED的技術為少數廠商壟斷將會突破，預計產品成本會有大幅度的下降，從而促進市場再開發，應用的再拓展。　　可以相信，半導體發光技術不會被其它技術產品取代，而且會繼續沿著原來的軌道向前發展。　　3 LED市場前景　　LED是近幾年來迅速崛起的半導體光電器件，它具有體積小、重量輕、電壓低、電流小、亮度高和發光響應速度快等優點，容易與晶體管和集成電路配套使用，可以在許多領域得到應用，因而在全球市場上十分走俏。LED技術在近年來不斷獲得新的突破，應用范圍不斷拓寬，已成為極具發展潛力的電子產品之一。計算機顯示屏已經普遍采用液晶顯示。有源矩陣液晶顯示器是當前已經大量生產的產品，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，發光二極管將成為一種更佳的平面顯示器件。目前,發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，全球LED市場前景廣闊,吸引了諸多廠商參與LED新產品的開發生產，市場競爭日趨激烈。　　高亮度紅光(GaAs和GaAsP)和黃光(InAlGaP)發光二極管(LED)早已大量生產，長期以來因缺少高亮度的藍光與綠光而難以呈現豐富的色彩，近年來高亮度的藍光與綠光發光二極管技術大有進步，產品質量不斷提高，給LED市場增光添彩。　　廠商們開發的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，能夠產生綠光、藍光和紫外光，成為制造LED的極佳材料。除了以上幾種氮化物外，對Ⅱ-Ⅵ族材料也進行了研究。主要是用硒化鋅ZnSe制造多層異質結構可發出藍綠光，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。美國廠商曾開發出以ZnSe為襯底，ZnTeSe為有源層的發光二極管，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LED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的材料當中，尤其以氮化鎵(GaN)為代表的第三代半導體材料最為引人注目。GaN發光效率高，抗輻射性能和耐熱性能極佳，強度和硬度高，并且耐酸性強，是一種極具應用價值的半導體材料。因此，氮化鎵材料及其合金最適宜于制造短波長發光器件，發光波長范圍包括綠、藍、紫等多種波段，普遍用來制造藍光和綠光LED。引人注目的是，在藍光LED技術的基礎上，以藍光激發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，有望成為照明領域的一支新軍。因此，目前在全球LED市場上，藍、綠、白光LED正在開始形成三足鼎立的態勢，成為最具發展潛力的LED產品。　　4 中國LED蓬勃發展　　中國在LED領域的研究開發工作成績斐然。目前我國的普綠和高亮度純紅LED已經基本實現商品化，但是，高亮度的純藍、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公司等少數幾家廠商能夠生產藍光和綠光LED。我國國家光電子工藝中心正在從事以Ⅲ~Ⅴ族半導體量子阱結構為基礎的新一代光電子器件研究開發，承擔國家863計劃項目“藍光LED研制和產業化技術”；我國方大集團與科研院所合作，率先在我國將第三代半導體材料(GaN)用來研制LED，將綠光LED、白光LED等科研成果實現產業化。該集團首期將投資8000萬元，形成年產1.2億支藍光LED的生產能力，在LED市場上重拳出擊。近幾年來，我國LED顯示屏的生產已經逐步形成行業規模，市場規模每年約為（3.5~4）億人民幣。　　我國臺灣省LED產業非常發達，早在上世紀90年代初已經名列世界第三位。目前臺灣LED產品市場占有率已達28%，超過了美國，位居世界LED市場第二位，產品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業主要是向全彩化、高亮度和大型化的方向發展。　　近年來，LED顯示屏的關鍵控制技術隨著超大規模集成電路(VLSI)的發展而日趨完善，EPLD、DSP以及FPGA已經得到廣泛應用，一些廠商正在研發專用的LED控制集成電路。LED顯示屏與LCD、PDP等同類平板顯示屏產品比較，由于LED產品具有性能穩定、壽命較長、功耗較小以及價格低廉等優勢，因此在各種實際應用中具有較強的市場競爭力，其市場前景十分廣闊。■: 回答者：網友

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