新聞中(zhōng)心
LED顯示屏
新型LED顯示屏件有功耗低、亮度高、壽命長、尺寸小(xiǎo)等優點，本文從LED顯示器件的發展簡史開(kāi)始，探讨了表面貼裝 LED、汽車(chē)應用中(zhōng)的LED和照明用LED的發展趨勢，對于從事顯示器件開(kāi)發的中(zhōng)國工(gōng)程師有一(yī)定參考價值。 全球第一(yī)款商(shāng)用化發光二極管(LED)是在1965年用鍺材料作成的，其單價爲45美元。随後不久Monsanto和惠普公司也推出了用GaAsP材料制 作的商(shāng)用化LED。這些早期的紅色LED每瓦大(dà)約能提供0.1流明(lumens)的輸出光通量，比一(yī)般的60至100瓦白(bái)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，利用氮摻雜(zá)工(gōng)藝使GaAsP器件的效率達到了1流明/瓦，并且能夠發出紅光、橙光和黃色光。到1971，業界 又(yòu)推出了具有相同效率的GaP綠色裸片LED。 1972年開(kāi)始有少量LED顯示屏用于鍾表和計算器。全球首款采用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器件在家庭與辦公設備中(zhōng)的大(dà)量應用，LED的價格直線下(xià)跌。事實上，LED是那個時代主打的數字與文字顯示技術。然而在許 多商(shāng)用設備中(zhōng)，LED顯示屏也逐漸受到了來自其它顯示技術的激烈競争，如液晶、等離(lí)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(yī)步拓展他們的産品類型，并積極尋求LED具有明顯競争優勢的應用領域。此後LED開(kāi)始應用于文字點陣顯示器、背景圖案用的 燈栅和條線圖陣列。數字顯示屏的尺寸和複雜(zá)度在不斷增長，從2位數字到3位甚至4位，從7段數字到能夠顯示複雜(zá)的文字與圖案組合的14或16段陣列。到 1980年制造商(shāng)開(kāi)始提供智能化的點陣LED顯示屏。 80年代早期的重大(dà)技術突破是開(kāi)發出了AlGaAs LED，它能以每瓦10流明的發光效率發出紅光。這一(yī)技術進步使LED能夠應用于室外(wài)運動信息發布以及汽車(chē)中(zhōng)央高位安裝停止燈(CHMSL)設備。 1990年，業界又(yòu)開(kāi)發出了能夠提供相當于最好的紅色器件性能的AlInGaP技術，這比當時标準的GaAsP器件性能要高出10倍。 今天，最亮的材料應是透明基底AlInGaP。在1991年至2001年期間，材料技術、裸片尺寸和外(wài)形方面的進一(yī)步發展使商(shāng)用化LED的光通量提高了将 近20倍。 對高強度藍(lán)光LED的不斷研發産生(shēng)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(dà)約是0.04流明/ 瓦，發出的光強度很少有超過15毫堪(millicandel)的。90年代中(zhōng)期的技術突破實現了第一(yī)個基于GaN的實用LED。現在還有許多公司在用不 同的基底如藍(lán)寶石和SiC生(shēng)産GaN LED，這些LED能夠發出綠光、藍(lán)光或紫羅蘭等顔色。高亮藍(lán)色LED的發明使真彩廣告顯示屏的實現成爲可能，這樣的顯示屏能夠顯示真彩、全運動的視頻(pín)圖 像。 藍(lán)光LED的出現使人們還能利用倒行轉換的磷光材料将較高能量的藍(lán)光部分(fēn)地轉換成其它顔色。将藍(lán)光與轉換磷的黃光整合在一(yī)起就能得到白(bái)光，而整合适當數量 的藍(lán)光與紅橙磷(reddish orange phospher)則可以産生(shēng)略帶桃色或紫色的色彩。現在僅用LED光源就能完全覆蓋CIE色度曲線中(zhōng)的所有飽和顔色，并且各種顔色LED與磷的有機整合 幾乎能夠毫無限制地産生(shēng)任何顔色。 在可靠性方面，LED的半衰期(即光輸出量減少到最初值一(yī)半的時間)大(dà)概是1萬到10萬小(xiǎo)時。相反，小(xiǎo)型指示型白(bái)熾燈的半衰期(此處的半衰期指的是有一(yī)半 數量的燈失效的時間)典型值是10萬到數千小(xiǎo)時不等，具體(tǐ)時間取決于燈的額定工(gōng)作電(diàn)流。 表面貼裝LED顯示屏 爲了利用自動化組裝技術降低制造成本，從20世紀80年代開(kāi)始業界逐漸推廣使用表面貼裝器件(SMT)，90年代這一(yī)技術得到了進一(yī)步強化。最初的SMT LED作爲低功率器件被主要用于指示設備和手機鍵盤的照明，後來又(yòu)開(kāi)發出大(dà)功率的SMT器件用于汽車(chē)面闆照明、刹車(chē)燈，并擴展用于專業和一(yī)般的照明設備。 SMT是蜂窩/PCS電(diàn)話(huà)機的主要技術要求，現在看來這一(yī)市場仍具有極大(dà)的發展潛力。2001年全球手機的制造量大(dà)約有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(yī)部手機平均要使用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。 手機功能的不斷升級也進一(yī)步刺激了對更高性能LED的需求。确切說，手機設計人員(yuán)需要多種多樣的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)背景光源用的白(bái)色LED以及實現産品差異化所需的藍(lán)色和紫羅蘭色等特殊色LED。同時，由于手機的複雜(zá)度越來越 高，體(tǐ)積也越來越小(xiǎo)，有更多的用戶對LED提出了更薄更小(xiǎo)外(wài)形包裝的要求。 特别是越來越多的人希望高性能LED能提供“芯片LED”的表貼封裝，即工(gōng)業标準的1.6×0.8mm外(wài)形尺寸。 話(huà)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與用戶需求取得高度一(yī)緻。這樣做能使LED非常适合用于背景光源設備，即LCD、按 鍵、前面闆、符号與鍵盤背景照明等，因爲這些設備上顔色與光強度的和諧統一(yī)非常重要。 汽車(chē)應用中(zhōng)的LED 在汽車(chē)内外(wài)，照明設備中(zhōng)用得最多的還是白(bái)熾燈，但設計師與汽車(chē)制造商(shāng)正在逐漸采納LED，開(kāi)始時LED可能隻用于豪華型汽車(chē)，但慢(màn)慢(màn)會過渡到大(dà)多數汽車(chē) 上。LED的最大(dà)賣點之一(yī)是具有很長的平均無故障工(gōng)作時間(MTBF)，LED照明器件的使用壽命一(yī)般都要超過汽車(chē)本身的壽命。 有很多種LED産品，其封裝和器件适合儀表闆、空調、收音機和電(diàn)子開(kāi)關等汽車(chē)内部照明設備使用。例如那些SMT器件就非常适合汽車(chē)儀表闆使用。多用途的 3mm和5mm注塑燈仍是汽車(chē)内部照明設備和外(wài)部照明設備的候選産品，目前這些器件已被廣泛應用于中(zhōng)央高位安裝停止燈(CHMSL)設備中(zhōng)。 對内部和外(wài)部照明設備來說，LED汽車(chē)燈裝置與白(bái)熾燈裝置的熱設計有很大(dà)不同。這是因爲白(bái)熾燈會産生(shēng)相當大(dà)的熱量，而白(bái)熾燈泡能承受這樣的高溫環境。 LED燈陣列所産生(shēng)的熱量一(yī)般要比白(bái)熾燈少，但LED燈的最大(dà)内部溫度必須保持在推薦的上限範圍以内才能保持LED的可靠工(gōng)作，如果超出LED燈的最高結 溫，就可能由于環氧材料的膨脹而導緻導線粘結劑或被擡高的LED裸片發生(shēng)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(dà)内部結溫受限于環氧封裝材料的熱膨脹特性。與汽車(chē)白(bái)熾信号燈設計相比，由于存在最大(dà)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。 用于照明的LED 傳統LED燈中(zhōng)使用的芯片是0.25×0.25mm大(dà)小(xiǎo)，而照明用的LED一(yī)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-台式結構、倒金字塔結構和倒裝芯片設計能夠改善LED的發光效率，從而使芯片發出更多的光。 封裝設計方面的革新包括将高傳導率的金屬塊用作基底、倒裝芯片設計和裸盤澆鑄式引線框等，這些方法都能設計出可高功率、低熱阻的器件，而且這些器件能比以 前的器件照度更大(dà)。 目前一(yī)個典型的高光通量LED器件能夠産生(shēng)幾流明到數十流明的光通量。更新的設計可以在一(yī)個器件中(zhōng)集成更多的LED，或者在單個組裝件中(zhōng)安裝多個器件，從 而使輸出的流明數相當于小(xiǎo)型白(bái)熾燈。例如，一(yī)個高功率的12芯片單色LED器件能夠輸出200流明的光能量，所消耗的功率在10到15瓦之間。 LED已經被廣泛應用于各種照明設備中(zhōng)，如電(diàn)池供電(diàn)的閃光燈、微型聲控燈、安全照明燈、室内室外(wài)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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