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LED顯示屏發(fā)展歷程30年回顧

1970年代最早的GaP、GaAsP同質(zhì)結(jié)紅、黃、綠色低發(fā)光效率的LED已開始應(yīng)用于指示燈、數(shù)字和文字顯示。從此LED開始進(jìn)入多種應(yīng)用領(lǐng)域,包括宇航、飛機、汽車、工業(yè)應(yīng)用、通信、消費類產(chǎn)品等,遍及國民經(jīng)濟各部門和千家萬戶。到1996年LED在全世界的銷售額已達(dá)到幾十億美元。盡管多年以來LED一直受到顏色和發(fā)光效率的限制,但由于GaP和GaAsP LED具有長壽命、高可靠性,工作電流小、可與TTL、CMOS數(shù)字電路兼容等許多優(yōu)點因而卻一直受到使用者的青瞇。 最近十年,高亮度化、全色化一直是LED材料和器件工藝技術(shù)研究的前沿課題。超高亮度(UHB)是指發(fā)光強度達(dá)到或超過100mcd的LED,又稱坎德拉(cd)級LED。高亮度A1GaInP和InGaN LED的研制進(jìn)展十分迅速,現(xiàn)已達(dá)到常規(guī)材料GaA1As、GaAsP、GaP不可能達(dá)到的性能水平。1991年日本東芝公司和美國HP公司研制成InGaA1P 620nm橙色超高亮度LED,1992年InGaA1p590nm黃色超高亮度LED實用化。同年,東芝公司研制InGaA1P 573nm黃綠色超高亮度LED,法向光強達(dá)2cd。1994年日本日亞公司研制成InGaN 450nm藍(lán)(綠)色超高亮度LED。至此,彩色顯示所需的三基色紅、綠、藍(lán)以及橙、黃多種顏色的LED都達(dá)到了坎德拉級的發(fā)光強度,實現(xiàn)了超高亮度化、全色化,使發(fā)光管的戶外全色顯示成為現(xiàn)實。 我國發(fā)展LED起步于七十年代,產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)于八十年代。全國約有100多家企業(yè),95%的廠家都從事后道封裝生產(chǎn),所需管芯幾乎全部從國外進(jìn)口。通過幾個“五年計劃”的技術(shù)改造、技術(shù)攻關(guān)、引進(jìn)國外先進(jìn)設(shè)備和部分關(guān)鍵技術(shù), 使我國LED的生產(chǎn)技術(shù)已向前跨進(jìn)了一步。 
二、超高亮度LED的性能: 
超高亮度紅A1GaAsLED與GaAsP-GaP LED相比,具有更高的發(fā)光效率,透明襯低(TS)A1GaAs LED(640nm)的流明效率已接近10lm/w,比紅色GaAsP-GaP LED大10倍。超高亮度InGaAlP LED提供的顏色與GaAsP-GaP LED相同包括:綠黃色(560nm)、淺綠黃色(570nm)、黃色(585nm)、淺黃(590nm)、橙色(605nm)、淺紅(625nm深紅(640nm)。透明襯底A1GaInP LED發(fā)光效率與其它LED結(jié)構(gòu)及白熾光源的比較,InGaAlP LED吸收襯底(AS)的流明效率為101m/w,透明襯底(TS)為201m/w,在590-626nm的波長范圍內(nèi)比GaAsP-GaP LED的流明效率要高10-20倍;在560-570的波長范圍內(nèi)則比GaAsP-GaP LED高出2-4倍。超高亮度InGaN LED提供了蘭色光和綠色光,其波長范圍蘭色為450-480nm,蘭綠色為500nm,綠色為520nm;其流明效率為3-151m/w。超高亮度LED目前的流明效率已超過了帶濾光片的白熾燈,可以取代功率1w以內(nèi)的白熾燈,而且用LED陣列可以取代功率150w以內(nèi)的白熾燈。對于許多應(yīng)用,白熾燈都是采用濾光片來得到紅色、橙色、綠色和蘭色,而用超高亮度LED則可得到相同的顏色。近年AlGaInP材料和InGaN材料制造的超高亮度LED將多個(紅、蘭、綠)超高亮度LED芯片組合在一起,不用濾光片也能得到各種顏色。包括紅、橙、黃、綠、藍(lán),目前其發(fā)光效率均已超過白熾燈,正向熒光燈接近。發(fā)光亮度已高于1000mcd,可滿足室外全天候、全色顯示的需要,用LED彩色大屏幕可以表現(xiàn)天空和海洋,實現(xiàn)三維動畫。新一代紅、綠、藍(lán)超高亮度LED達(dá)到了前所未有的性能。 
三、超高亮度LED的應(yīng)用: 
1.信息指示燈 
汽車信號指示:汽車指示燈在車的外部主要是方向燈、尾燈和剎車燈;在車的內(nèi)部主要是各種儀表的照明和顯示。超高亮度LED用于汽車指示燈與傳統(tǒng)的白熾燈相比具有許多優(yōu)點,在汽車工業(yè)中有著廣泛的市場。LED能夠經(jīng)受較強的機械沖擊和震動。平均工作壽命MTBF比白熾燈泡高出幾個量級,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出汽車本身的工作壽命,因此LED剎車燈可封裝成一個整體,而不必考慮維修。透明襯底Al.GaAs和AlInGaP LED與帶有濾光片的白熾燈泡相比具有相當(dāng)高的流明效率,這樣LED剎車燈和方向燈就能夠在較低的驅(qū)動電流下工作,典型的驅(qū)動電流只有白熾燈的1/4,從而降低了汽車用于行駛距離。較低的電功率還可降低汽車內(nèi)部線路系統(tǒng)的體積和重量,同時還可減小集成化的LED信號燈的內(nèi)部溫升,允許透鏡和外罩使用耐溫性能較低的塑料。LED剎車燈的響應(yīng)時間為100ns,比白熾燈的響應(yīng)時間短,這樣便給司機留下了更多的反應(yīng)時間,從而提高了行車的安全保證。汽車的外部指示燈的照度及顏色均有明確規(guī)定。汽車的內(nèi)部照明顯示雖不像外部信號燈那樣受到政府有關(guān)部門的控制,但汽車的制造者對LED的顏色及照度有要求。GaP LED早已用于車內(nèi),超高亮度AlGaInP和InGaN LED由于在顏色和照度上可滿足制造者的要求,因而將更多的取代車內(nèi)白熾燈。從價格上看,盡管LED燈與白熾燈相比還是較貴的,但從整個系統(tǒng)來看,二者的價格并沒有明顯的差別。隨著超高亮度TS AlGaAs和AlGaInP LED實用化的發(fā)展,最近幾年價格一直在不斷降低,今后降低的幅度還會更大。