LED显示屏技术现状与发展前景(精)

1 6 LED显示屏技术现状与发展前景 摘要 本文详细介绍了LED显示屏的原理 应用领域 发展方向 探讨了中国LE D领域的现状 认为LED产品的市场前景十分广阔 关键词 LED显示屏电压低耗电省价格低市场前景 1 引言 LED显示屏是发光二极管主要应用领域之一 近年来发展迅速 目前 LED显示 屏制作技术先进 售价低 国外公司很难在大陆竞争市场 据不完全统计 1998年我国 LED 显示屏生产厂商有150多家 制造各类显示屏约五万平方米 实现产值14亿元 LED产 业取得了举世瞩目的成绩 近年来 在产品结构 制作技术 产品质量 量产水平 市 场占有等方面 紧逼日本的态势 在世界LED产业中紧挨美国 日本之后 位居世界第 三 五年来 每年平均增长达20 以上 1997年台湾十大光电产品中占第四位 产值188 70百万元新币 Epistar Corp已经开发成功用于全彩色灯和显示器的红色 绿色 蓝色芯片 这些芯片光强超 过70mcd 一家正在投产的公司 利用MOVPE技术生产InGaAlp超亮度的发光材料和 芯片 台湾有七家生产LED芯片的公司 生产各色传统芯片 占世界产量的七成以上 LED显示屏可以显示变化的数字 文字 图形图像 不仅可以用于室内环境还可 以用于室外环境 具有投影仪 电视墙 液晶显示屏无法比拟的优点 2 LED显示屏的原理 LED显示屏 又叫电子显示屏或者飘字屏幕 是由LED点阵组成 通过红色或绿 色灯珠的亮灭来显示文字 图片 动画 视频 内容可以随时更换 各部分组件都是模 块化结构的显示器件 通常由显示模块 控制系统及电源系统组成 显示模块由LED 灯组成的点阵构成 负责发光显示 控制系统通过控制相应区域的亮灭 可以让屏幕显 示文字 图片 视频等内容 恒舞动卡主要是播放动画的 电源系统负责将输入电压电 流转为显示屏需要的电压电流 2 6 随着新材料及半导体工业技术的发展 以新型可见光材料InGaAlP和InGaN为主 流 实现了高亮度 多色化 加之封装技术的改进 显示信息大型化 出现了LED 产品新的应用领域 带来了更多的市场商机 这些产品使得LED应用由室内使用提升 到户外使用 能在阳光强烈的场合下清晰显示 发光效率极高 光强超过1000mcd 同时 满足了全彩色显示和便携产品低功耗要求 这些先进的发光管包括以下各种类型 1蓝色 绿色发光二极管 蓝色LED材料有碳化硅 Suc 氮化镓 GaN及铟氮镓 InGaN三元材料等 采用InG aN AlGaN结构制成的蓝色发光灯峰值波长470nm 法向光强达到2000mcd 绿色发光 灯峰值波长520nm 法向光强可达5000mcd 其中 还有峰值波长500nm的蓝绿色 交通 绿发光灯 在蓝色发光的基础上 包封时在其芯片上添加几mg的萤光物质转换成白色 白光二极管是微型白炽灯的最佳替代品 价格虽比电泡贵 但不易破碎 更加省电 工 作时几乎不发热 可以连续照明10多年 这些产品在日本 德国 美国及台湾等著名的 光电子公司生产并推向市场 2新颖的四次元发光二极管 八十年代后期开发上市的GaAlAs材料 制成红色发光管 首先实现超高亮度的要 求 发光强度超过1000mcd 但是光衰较大 因此应用范围受到限制 九十年代开 发成功的InGaAlP四次元材料 制成产品可以获得红 橙 黄 琥珀四种颜色 发 光效率极高 并且高温性能很好 是户外使用的理想产品 3新品种LED及功率发光二极管 工作电流为70mA 发出极强的光束 视角较大 一般为 40 70度 用于汽车标志灯 贴片式 SMDLED在小电流下工作 一般为 1 2mA 有足够亮度 可节省便携式产品的 耗电量 恒压发光二极管 制作时将电阻封装在内部 使用时不需限流电阻 一般工作 在12V以下 使用者十分方便 同样在封装时封进一块集成电路 一般在5V以下工作 当 通电时会闪烁发光 可以作为状态显示 使用也很方便 这种集群LED芯片 器件 元 3 6 件可以制成发光模块 实现特定的功能要求 利用LED多芯片的集群组成多彩色灯具 典型的红 绿 蓝三色可以组成全色灯 在三色中间交合处呈现白色光 3 LED的应用领域 这些新器件的出现 拓展了LED的应用领域 首先是交通讯号显示光源的应用 具有抗震耐冲击 光响应速度快 省电寿命长等特点 其次是汽车工业的应用 汽车使 用白炽灯不耐振动撞击 易损坏 使用寿命短 经常需要更换 1987年开始 我国开始在 汽车上安装高位刹车灯 由于LED响应速度快 可以及早提醒司机刹车 减少汽车追尾 事故 增加安全性 在汽车仪表板及各种照明部分的光源 都可有超高亮度发光灯来担 当 在发达国家 使用LED制造的中央后置高位刹车灯已成为汽车的标准件 美国HP公 司在1996年推出的LED汽车尾灯模组可以随意组合成各种汽车尾灯 第三是LED背 光源 特别是高效侧部发光的背光源最为引人注目 LED作为LCD背光源应用 具有寿 命长 出光效率高 无干扰和性价比高等特点 有电子手表 手机 BP机 电子计算器 刷卡机等广泛应用 随着便携电子产品日趋小型化 LED 背光源更具优势 在手机中都选用LED背光源 因此背光源制作技术将向更薄型 低 功耗 均匀一致方面发展 LED侧部背光板的厚度可做到0 7mm 3 5mm 出光效率达 到50 70 并且有绿色 红色 蓝色及各种混合色随客户选用 不久可能出现厚度 相同于EL的超薄背光源 第四是人们最感兴趣的LED照明光源 直接目标是LED光源 替代白炽灯和萤光灯 这种趋势已从局部领域和由小到大开始替代 日本通产省号召 全国节约能源 正在计划替代白炽灯的发光二极管项目 称为照亮日本的项目 头五年 的预算为50亿日元 如果LED替代半数的白炽灯和萤光灯 每年可节约相当于60亿升 原油的能源 相当于五个1 35 106kW核电站的发电量 并可减少二氧化碳和其它温室 气体的产生 改善人们生活居住的环境 因此人们正面临照明变革 期待LED给人们带 来福音 随着LED原材料市场的迅猛发展 表面贴装器件从2001年面世 主要用在室内全 彩屏 并且以其亮度高 色彩鲜艳 温度低的特性 可随意调整的点间距 被不同价格 需求者所接受 短短几年时间内 产品销售额已超过3亿元 表面贴装全彩色LED显示 屏应用市场进入新世纪 为了适应2008年奥运会的 瘦身 计划 利亚德开发了表面贴 4 6 装双基色显示屏 大量用于训练馆和比赛计时计分系统 在奥运场馆全彩屏方面 为 紧缩投资 全彩屏大部分采用可拆卸方式 奥运期间可作为实况转播工具 赛事结束后 可用于租赁 作为演出 国家政策发布等公共场合应用工具 通过这种方式可尽快收 回成本 可以相信 半导体发光技术不会被其它技术产品取代 而且会继续沿着原来的轨 道向前发展 4 LED市场前景 LED具有体积小 重量轻 电压低 电流小 亮度高和发光响应速度快等优点 容 易与晶体管和集成电路配套使用 可以在许多领域得到应用 因而在全球市场上十分 走俏 LED技术在近年来不断获得新的突破 应用范围不断拓宽 已成为极具发展潜 力的电子产品之一 计算机显示屏已经普遍采用液晶显示 有源矩阵液晶显示器是 当前已经大量生产的产品 可以显示色彩丰富的电视图像 但需要较暗的背景 视角较 小 尤其是用它制造大尺寸显示屏的成本较高 因此 发光二极管将成为一种更佳的平 面显示器件 就市场而言 目前LED的应用以移动电话为主 占整个市场的58 汽车和显示器 各占13 照明5 交通信号灯2 才刚刚起步 目前LED照明以光色照明和特殊照明 为主 以后将向普通照明扩展 具体讲 近几年内半导体照明应用产品市场将在属于 光色照明的各种信号灯 景观照明 橱窗照明 建筑照明 广场和街道的美化 家庭 装饰照明 公共娱乐场所美化和舞台效果照明等领域 以及属于特殊照明的汽车 飞 机等交通工具的内饰照明 矿灯 便携式灯具和各种军用灯具领域迅速扩展 并为现 阶段正积极开发 下一阶段高速增长的通用照明市场积累技术和经验 高亮度红光 GaAs和GaAsP和黄光 InAlGaP发光二极管 LED早已大量生产 长期 以来因缺少高亮度的蓝光与绿光而难以呈现丰富的色彩 近年来高亮度的蓝光与绿 光发光二极管技术大有进步 产品质量不断提高 给LED市场增光添彩 在各种制造L ED的材料当中 尤其以氮化镓 GaN为代表的第三代半导体材料最为引人注目 GaN 发光效率高 抗辐射性能和耐热性能极佳 强度和硬度高 并且耐酸性强 是一种极具应 5 6 用价值的半导体材料 因此 氮化镓材料及其合金最适宜于制造短波长发光器件 发 光波长范围包括绿 蓝 紫等多种波段 普遍用来制造蓝光和绿光LED 引人注目的 是 在蓝光LED技术的基础上 以蓝光激发YAG荧光材料而制造成功的白光LED渐成 新宠 深受广大用户欢迎 有望成为照明领域的一支新军 因此 目前在全球LED市场 上 蓝 绿 白光LED正在开始形成三足鼎立的态势 成为最具发展潜力的LED产品 目前由于LED显示屏造价昂贵 主要应用于比较高档的场所 主要集中在城市的 繁华场所 作为多媒体广告的一部分 单双色led显示屏主要应用于交通 高速公路 银 行 证券交易等金融场所 目前中国至少有2000家号称做LED显示屏的 规格与标准混乱 如果不能简化 构 建一个标准化的产业体系 本土企业的发展将遭遇瓶颈 5 中国LED蓬勃发展 中国在LED领域的研究开发工作成绩斐然 目前我国的普绿和高亮度纯红LED 已经基本实现商品化 但是 高亮度的纯蓝 纯绿LED在我国尚属空白 目前 世界上 只有美国Cree公司和日本Nichia公司等少数几家厂商能够生产蓝光和绿光LED 我 国国家光电子工艺中心正在从事以 族半导体量子阱结构为基础的新一代光电 子器件研究开发 承担国家863计划项目 蓝光LED研制和产业化技术 我国方大集团 与科研院所合作 率先在我国将第三代半导体材料 GaN用来研制LED 将绿光LED 白光LED等科研成果实现产业化 该集团首期将投资8000万元 形成年产1 2亿支蓝 光LED的生产能力 在LED市场上重拳出击 近几年来 我国LED显示屏的生产已经逐 步形成行业规模 市场规模每年约为 3 5 4亿人民币 我国台湾省LED产业非常发达 早在上世纪90年代初已经名列世界第三位 目前 台湾LED产品市场占有率已达28 超过了美国 位居世界LED市场第二位 产 品80 以上外销 主要销往韩国 日本 美国和欧洲等地 目前台湾LED业主要 是向全彩化 高亮度和大型化的方向发展 6 结语 6 6 近年来 LED显示屏的关键控制技术随着超大规