新(xīn)聞中(zhōng)心
LED顯示屏
新(xīn)型LED顯示屏件有(yǒu)功耗低、亮度高、壽命長(cháng)、尺寸小(xiǎo)等優點，本文(wén)從LED顯示器件的發展簡史開始，探讨了表面貼裝(zhuāng) LED、汽車(chē)應用(yòng)中(zhōng)的LED和照明用(yòng)LED的發展趨勢，對于從事顯示器件開發的中(zhōng)國(guó)工(gōng)程師有(yǒu)一定參考價值。 全球第一款商(shāng)用(yòng)化發光二極管(LED)是在1965年用(yòng)鍺材料作(zuò)成的，其單價為(wèi)45美元。随後不久Monsanto和惠普公(gōng)司也推出了用(yòng)GaAsP材料制 作(zuò)的商(shāng)用(yòng)化LED。這些早期的紅色LED每瓦大約能(néng)提供0.1流明(lumens)的輸出光通量，比一般的60至100瓦白熾燈的15流明要低上100 倍。 1968年，LED的研發取得了突破性進展，利用(yòng)氮摻雜工(gōng)藝使GaAsP器件的效率達到了1流明/瓦，并且能(néng)夠發出紅光、橙光和黃色光。到1971，業界 又(yòu)推出了具(jù)有(yǒu)相同效率的GaP綠色裸片LED。 1972年開始有(yǒu)少量LED顯示屏用(yòng)于鍾表和計算器。全球首款采用(yòng)LED的手表最初還是在昂貴的珠寶商(shāng)店(diàn)出售的，其售價竟然高達2,100美元。幾乎與此 同時，惠普與德(dé)州儀器也推出了帶7段紅色LED顯示屏的計算器。 到20世紀70年代，由于LED器件在家庭與辦(bàn)公(gōng)設備中(zhōng)的大量應用(yòng)，LED的價格直線(xiàn)下跌。事實上，LED是那個時代主打的數字與文(wén)字顯示技(jì )術。然而在許 多(duō)商(shāng)用(yòng)設備中(zhōng)，LED顯示屏也逐漸受到了來自其它顯示技(jì )術的激烈競争，如液晶、等離子體(tǐ)和真空熒光管顯示器。 這種競争性激勵LED制造商(shāng)進一步拓展他(tā)們的産(chǎn)品類型，并積極尋求LED具(jù)有(yǒu)明顯競争優勢的應用(yòng)領域。此後LED開始應用(yòng)于文(wén)字點陣顯示器、背景圖案用(yòng)的 燈栅和條線(xiàn)圖陣列。數字顯示屏的尺寸和複雜度在不斷增長(cháng)，從2位數字到3位甚至4位，從7段數字到能(néng)夠顯示複雜的文(wén)字與圖案組合的14或16段陣列。到 1980年制造商(shāng)開始提供智能(néng)化的點陣LED顯示屏。 80年代早期的重大技(jì )術突破是開發出了AlGaAs LED，它能(néng)以每瓦10流明的發光效率發出紅光。這一技(jì )術進步使LED能(néng)夠應用(yòng)于室外運動信息發布以及汽車(chē)中(zhōng)央高位安(ān)裝(zhuāng)停止燈(CHMSL)設備。 1990年，業界又(yòu)開發出了能(néng)夠提供相當于最好的紅色器件性能(néng)的AlInGaP技(jì )術，這比當時标準的GaAsP器件性能(néng)要高出10倍。 今天，最亮的材料應是透明基底AlInGaP。在1991年至2001年期間，材料技(jì )術、裸片尺寸和外形方面的進一步發展使商(shāng)用(yòng)化LED的光通量提高了将 近20倍。 對高強度藍光LED的不斷研發産(chǎn)生了好幾代亮度越來越高的器件。在1990年左右推出的基于碳化矽(SiC)裸片材料的LED效率大約是0.04流明/ 瓦，發出的光強度很(hěn)少有(yǒu)超過15毫堪(millicandel)的。90年代中(zhōng)期的技(jì )術突破實現了第一個基于GaN的實用(yòng)LED。現在還有(yǒu)許多(duō)公(gōng)司在用(yòng)不 同的基底如藍寶石和SiC生産(chǎn)GaN LED，這些LED能(néng)夠發出綠光、藍光或紫羅蘭等顔色。高亮藍色LED的發明使真彩廣告顯示屏的實現成為(wèi)可(kě)能(néng)，這樣的顯示屏能(néng)夠顯示真彩、全運動的視頻圖 像。 藍光LED的出現使人們還能(néng)利用(yòng)倒行轉換的磷光材料将較高能(néng)量的藍光部分(fēn)地轉換成其它顔色。将藍光與轉換磷的黃光整合在一起就能(néng)得到白光，而整合适當數量 的藍光與紅橙磷(reddish orange phospher)則可(kě)以産(chǎn)生略帶桃色或紫色的色彩。現在僅用(yòng)LED光源就能(néng)完全覆蓋CIE色度曲線(xiàn)中(zhōng)的所有(yǒu)飽和顔色，并且各種顔色LED與磷的有(yǒu)機整合 幾乎能(néng)夠毫無限制地産(chǎn)生任何顔色。 在可(kě)靠性方面，LED的半衰期(即光輸出量減少到最初值一半的時間)大概是1萬到10萬小(xiǎo)時。相反，小(xiǎo)型指示型白熾燈的半衰期(此處的半衰期指的是有(yǒu)一半 數量的燈失效的時間)典型值是10萬到數千小(xiǎo)時不等，具(jù)體(tǐ)時間取決于燈的額定工(gōng)作(zuò)電(diàn)流。 表面貼裝(zhuāng)LED顯示屏 為(wèi)了利用(yòng)自動化組裝(zhuāng)技(jì )術降低制造成本，從20世紀80年代開始業界逐漸推廣使用(yòng)表面貼裝(zhuāng)器件(SMT)，90年代這一技(jì )術得到了進一步強化。最初的SMT LED作(zuò)為(wèi)低功率器件被主要用(yòng)于指示設備和手機鍵盤的照明，後來又(yòu)開發出大功率的SMT器件用(yòng)于汽車(chē)面闆照明、刹車(chē)燈，并擴展用(yòng)于專業和一般的照明設備。 SMT是蜂窩/PCS電(diàn)話機的主要技(jì )術要求，現在看來這一市場仍具(jù)有(yǒu)極大的發展潛力。2001年全球手機的制造量大約有(yǒu)3.8億部，據預測今年的制造量将 上升到4.3億部，到2005年将達到5.2億部。一部手機平均要使用(yòng)10個表貼型LED，也即意味着僅手機市場對LED的需求就達到了40億個。 手機功能(néng)的不斷升級也進一步刺激了對更高性能(néng)LED的需求。确切說，手機設計人員需要多(duō)種多(duō)樣的LED，包括更高亮度的單色LED器件、真彩LCD顯示屏 (特别是第2.5代和第3代手機的LCD)背景光源用(yòng)的白色LED以及實現産(chǎn)品差異化所需的藍色和紫羅蘭色等特殊色LED。同時，由于手機的複雜度越來越 高，體(tǐ)積也越來越小(xiǎo)，有(yǒu)更多(duō)的用(yòng)戶對LED提出了更薄更小(xiǎo)外形包裝(zhuāng)的要求。 特别是越來越多(duō)的人希望高性能(néng)LED能(néng)提供“芯片LED”的表貼封裝(zhuāng)，即工(gōng)業标準的1.6×0.8mm外形尺寸。 話機制造商(shāng)要求對LED的顔色與強度進行分(fēn)類，以确保背景光源設備能(néng)與用(yòng)戶需求取得高度一緻。這樣做能(néng)使LED非常适合用(yòng)于背景光源設備，即LCD、按 鍵、前面闆、符号與鍵盤背景照明等，因為(wèi)這些設備上顔色與光強度的和諧統一非常重要。 汽車(chē)應用(yòng)中(zhōng)的LED 在汽車(chē)内外，照明設備中(zhōng)用(yòng)得最多(duō)的還是白熾燈，但設計師與汽車(chē)制造商(shāng)正在逐漸采納LED，開始時LED可(kě)能(néng)隻用(yòng)于豪華型汽車(chē)，但慢慢會過渡到大多(duō)數汽車(chē) 上。LED的最大賣點之一是具(jù)有(yǒu)很(hěn)長(cháng)的平均無故障工(gōng)作(zuò)時間(MTBF)，LED照明器件的使用(yòng)壽命一般都要超過汽車(chē)本身的壽命。 有(yǒu)很(hěn)多(duō)種LED産(chǎn)品，其封裝(zhuāng)和器件适合儀表闆、空調、收音機和電(diàn)子開關等汽車(chē)内部照明設備使用(yòng)。例如那些SMT器件就非常适合汽車(chē)儀表闆使用(yòng)。多(duō)用(yòng)途的 3mm和5mm注塑燈仍是汽車(chē)内部照明設備和外部照明設備的候選産(chǎn)品，目前這些器件已被廣泛應用(yòng)于中(zhōng)央高位安(ān)裝(zhuāng)停止燈(CHMSL)設備中(zhōng)。 對内部和外部照明設備來說，LED汽車(chē)燈裝(zhuāng)置與白熾燈裝(zhuāng)置的熱設計有(yǒu)很(hěn)大不同。這是因為(wèi)白熾燈會産(chǎn)生相當大的熱量，而白熾燈泡能(néng)承受這樣的高溫環境。 LED燈陣列所産(chǎn)生的熱量一般要比白熾燈少，但LED燈的最大内部溫度必須保持在推薦的上限範圍以内才能(néng)保持LED的可(kě)靠工(gōng)作(zuò)，如果超出LED燈的最高結 溫，就可(kě)能(néng)由于環氧材料的膨脹而導緻導線(xiàn)粘結劑或被擡高的LED裸片發生突發性故障。在濕度比較高的熱循環或加強型熱循環環境中(zhōng)，這些故障會顯得尤其突 出。 LED燈的最大内部結溫受限于環氧封裝(zhuāng)材料的熱膨脹特性。與汽車(chē)白熾信号燈設計相比，由于存在最大結溫的限制，LED汽車(chē)信号燈設計必須認真考慮熱設計問 題。 用(yòng)于照明的LED 傳統LED燈中(zhōng)使用(yòng)的芯片是0.25×0.25mm大小(xiǎo)，而照明用(yòng)的LED一般都要在1.0× 1.0mm以上。專注于結構化裸片成型的設計工(gōng)作(zuò)-台式結構、倒金字塔結構和倒裝(zhuāng)芯片設計能(néng)夠改善LED的發光效率，從而使芯片發出更多(duō)的光。 封裝(zhuāng)設計方面的革新(xīn)包括将高傳導率的金屬塊用(yòng)作(zuò)基底、倒裝(zhuāng)芯片設計和裸盤澆鑄式引線(xiàn)框等，這些方法都能(néng)設計出可(kě)高功率、低熱阻的器件，而且這些器件能(néng)比以 前的器件照度更大。 目前一個典型的高光通量LED器件能(néng)夠産(chǎn)生幾流明到數十流明的光通量。更新(xīn)的設計可(kě)以在一個器件中(zhōng)集成更多(duō)的LED，或者在單個組裝(zhuāng)件中(zhōng)安(ān)裝(zhuāng)多(duō)個器件，從 而使輸出的流明數相當于小(xiǎo)型白熾燈。例如，一個高功率的12芯片單色LED器件能(néng)夠輸出200流明的光能(néng)量，所消耗的功率在10到15瓦之間。 LED已經被廣泛應用(yòng)于各種照明設備中(zhōng)，如電(diàn)池供電(diàn)的閃光燈、微型聲控燈、安(ān)全照明燈、室内室外道路和樓梯照明燈以及建築物(wù)與标記連續照明燈。
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