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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LED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18870百万元新币,EpistarCorp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。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InGaN/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LED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Ⅲ~Ⅴ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、结语近年来,LED显示屏的关键控制技术随着超大规模集成电路(VLSI的发展而日趋完善,EPLD、DSP以及FPGA已经得到广泛应用,一些厂商正在研发专用的LED控制集成电路。LED显示屏与LCD、PDP等同类平板显示屏产品比较,由于LED产品具有性能稳定、寿命较长、功耗较小以及价格低廉等优势,因此在各种实际应用中具有较强的市场竞争力,其市场前景十分广阔。参考文献:[1]《LED显示屏》百度百科;[2]《LED显示屏的应用及发展状况》百度文库(作者不祥;[3]《发光二极管LED的前景展望》张凤岁羽(真空电子技术。